Геофизичари дешифрују мистериозне дубоке сеизмичке сигнале

Геофизичари су открили везу између сеизмичких таласа званих ПКП прекурсори и аномалија у Земљином омотачу.

Нова студија открива да претходни ПКП сеизмички сигнали, који су годинама збуњивали научнике, потичу из региона изузетно ниске брзине који се налазе дубоко у Северној Америци и западном Тихом океану. Ови налази истраживача са Универзитета у Јути повезују ове регионе са важним геолошким карактеристикама као што су врући вулкани, користећи напредне сеизмичке технике да прате њихово порекло до границе језгра-плашт.

Увод у ПКП и сеизмичке загонетке

Током деценија од њиховог открића, сеизмички сигнали познати као прекурсори ПКП били су изазов за научнике. Региони доњег плашта Земље расипају долазне сеизмичке таласе, који се различитим брзинама враћају на површину у облику ПКП таласа.

Порекло претходних сигнала, који стижу пре главних сеизмичких таласа који путују кроз Земљино језгро, остало је нејасно, али истраживање које су предводили геофизичари са Универзитета Јута бацило је ново светло на ову мистериозну сеизмичку енергију.

Чини се да су се преци ПКП-а ширили са места дубоко испод Северне Америке и западног Тихог океана и могу бити повезани са „зонама екстремно ниске брзине“, танким слојевима у омотачу где се сеизмички таласи драматично успоравају, према истраживању објављеном 10. августа ин АГУ Адванцесводећи часопис Америчке геофизичке уније.

Повезивање предака ПКП са геолошким карактеристикама

„Ово су неке од најекстремнијих карактеристика икада откривених на планети“, рекао је главни аутор Мицхаел Тхорне, ванредни професор геологије и геофизике на Универзитету у Јути „Чини се да су они корен читавог плашта који ствара вруће вулкане.“

Ове перјанице су одговорне за вулканску активност уочену у Националном парку Јелоустон, Хавајским острвима, Самои, Исланду и острвима Галапагос.

„Изгледа да ови веома велики вулкани стоје стотинама милиона година на приближно истом месту“, рекао је Торн. У претходном раду открио је и једну од највећих познатих екстремно ниских брзина на свету.

„Област се налази директно испод острва Самоа, а Самоа је један од највећих врућих вулкана“, приметио је Торн.

Развој у анализи сеизмичких таласа

Скоро један век геолози су користили сеизмичке таласе за истраживање унутрашњости Земље, правећи многа открића која иначе не би била могућа. На пример, други истраживачи са Универзитета Јута окарактерисали су структуру чврстог унутрашњег језгра Земље и пратили његово кретање анализом сеизмичких таласа.

Када земљотрес потресе површину Земље, сеизмички таласи пробијају плашт – динамички слој вруће стене дебљине 2.900 километара између Земљине коре и минералног језгра. Торнов тим заинтересовани су за оне таласе који се „разбацују” када прођу кроз неправилне карактеристике које приморавају промене физичког састава у плашту. Неки од ових расејаних таласа постају претходници ПКП.

Торн је покушао да утврди где тачно долази до овог расејања, посебно зато што таласи путују кроз Земљин омотач два пута, пре и после проласка кроз течно спољашње језгро Земље. Због овог двоструког путовања кроз плашт, постало је готово немогуће разликовати да ли су претходни таласи настали на изворној или пријемној страни путање зрака.

Иновативне истраживачке технике у сеизмологији

Тхорнеов тим, који је укључивао асистента професора Суриа Патцхаи, дизајнирао је метод за моделирање таласних облика како би открио кључне ефекте који раније нису примећени.

Користећи напредну методу ансамбла земљотреса и нова теоријска запажања из симулација земљотреса, истраживачи су могли да анализирају податке за 58 земљотреса који су се догодили око Нове Гвинеје и забележени су у Северној Америци након што су прошли кроз планету.

„Могу да поставим виртуелне пријемнике било где на површини Земље, а то ми говори како би требало да изгледа сеизмограм од земљотреса на тој локацији и можемо то да упоредимо са стварним снимцима које имамо“, рекао је Торн. „Сада смо у могућности да предвидимо одакле долази ова енергија.“

Њихова нова метода омогућила им је да одреде где је дошло до расејања дуж границе између спољашњег језгра течног метала и омотача, познате као граница језгро-плашт, која се налази 2.900 километара испод површине Земље.

Интеракције језгро-плашт и веома ниске стеновите области

Њихови налази сугеришу да су преци ПКП-а можда долазили из региона који су дом региона са изузетно ниским брзинама. Торн сумња да се ови слојеви, који су дебели само 20 до 40 километара, формирају тамо где се субдукцијске тектонске плоче сударају са границом између језгра и плашта у океанској кори.

„Оно што смо сада открили је да се ови региони веома мале брзине не налазе само испод врућих тачака. Они су раширени по целој граници језгра-плашт испод Северне Америке“, рекао је Торн. „Заиста изгледа да се ови региони веома мале брзине активно стварају. Не знамо како. Али пошто их видимо близу субдукције, мислимо да су већ у атмосфери.“ Базалт средњег океана „Овај материјал се топи и тако настаје. Тада динамика гура овај материјал кроз земљу и на крају ће се акумулирати испод жаришта.“

Динамика гура ове објекте преко Земље, и на крају ће се гомилати на границама великих провинција мале брзине, које су композиционо различите континенталне карактеристике испод Тихог океана и Африке, према Тхорнеу.

„Можда се акумулира и испод жаришта, али је нејасно да ли су ове области са веома ниским емисијама генерисане истим процесом“, рекао је он. Мораћемо да сачекамо будућа истраживања која ће утврдити последице таквог процеса.

Референца: „Истраживање региона са екстремно малим брзинама као извора дисперзије ПКП испод Северне Америке и западног Пацифика: Могуће везе са потапањем океанске коре“ од Мицхаел С. Тхорне, Суриа Патцхаи, Мингминг Ли, Јамие Вард и Себастиан Руст, 10 август 2024, АГУ Адванцес.
ДОИ: 10.1029/2024АВ001265

Истраживање, које је финансирала Национална научна фондација, спроведено је у сарадњи са геолозима са Државног универзитета у Аризони и Универзитета у Лидсу у Уједињеном Краљевству.