Geofizicienii descifrează semnale seismice de adâncime misterioase

Geofizicienii au descoperit o legătură între undele seismice numite precursori PKP și anomaliile din mantaua Pământului.

Un nou studiu dezvăluie că semnalele seismice anterioare PKP, care i-au nedumerit pe oamenii de știință de ani de zile, provin din regiuni cu viteză extrem de scăzută situate adânc în America de Nord și vestul Oceanului Pacific. Aceste descoperiri ale cercetătorilor de la Universitatea din Utah leagă aceste regiuni de caracteristici geologice importante, cum ar fi vulcanii fierbinți, folosind tehnici seismice avansate pentru a urmări originile lor până la limita nucleu-manta.

Introducere în PKP și puzzle-uri seismice

De-a lungul deceniilor de la descoperirea lor, semnalele seismice cunoscute sub numele de precursori PKP au reprezentat o provocare pentru oamenii de știință. Regiunile din mantaua inferioară a Pământului împrăștie unde seismice primite, care revin la suprafață sub formă de unde PKP la viteze diferite.

Originea semnalelor anterioare, care sosesc înaintea principalelor unde seismice care călătoresc prin nucleul Pământului, a rămas neclară, dar cercetările conduse de geofizicienii de la Universitatea din Utah au aruncat o nouă lumină asupra acestei energii seismice misterioase.

Strămoșii PKP par să se răspândească din locuri adânci de sub America de Nord și de vestul Oceanului Pacific și pot fi asociați cu „zone extreme de viteză scăzută”, straturi subțiri ale mantalei unde undele seismice încetinesc dramatic, potrivit cercetărilor publicate pe 10 august. în AGU Avansurijurnalul emblematic al Uniunii Geofizice Americane.

Legarea strămoșilor PKP de caracteristicile geologice

„Acestea sunt unele dintre cele mai extreme caracteristici descoperite vreodată pe planetă”, a spus autorul principal Michael Thorne, profesor asociat de geologie și geofizică la Universitatea din Utah, „Nu știm cu adevărat ce sunt, dar facem un lucru Știu este că par să se acumuleze sub vulcani fierbinți.

Aceste penuri sunt responsabile pentru activitatea vulcanică observată în Parcul Național Yellowstone, Insulele Hawaii, Samoa, Islanda și Insulele Galapagos.

„Se pare că acești vulcani foarte mari au stat de sute de milioane de ani în aproximativ același loc”, a spus Thorne. În lucrările anterioare, el a descoperit, de asemenea, una dintre cele mai mari regiuni cunoscute cu viteză extremă scăzută din lume.

„Zona este situată direct sub insula Samoa, iar Samoa este unul dintre cei mai mari vulcani fierbinți”, a menționat Thorne.

Evoluții în analiza undelor seismice

Timp de aproape un secol, geologii au folosit undele seismice pentru a explora interiorul Pământului, făcând multe descoperiri care altfel nu ar fi fost posibile. De exemplu, alți cercetători de la Universitatea din Utah au caracterizat structura nucleului interior solid al Pământului și au urmărit mișcarea acestuia analizând undele seismice.

Când un cutremur zguduie suprafața Pământului, undele seismice împușcă mantaua – stratul dinamic de rocă fierbinte de 2.900 km grosime între scoarța terestră și miezul mineral. Echipa lui Thorne este interesată de acele valuri care „se împrăștie” atunci când trec prin caracteristici neregulate care forțează modificări ale compoziției fizice a mantalei. Unele dintre aceste unde împrăștiate devin precursori ale PKP.

Thorne a căutat să determine exact unde are loc această împrăștiere, mai ales că valurile călătoresc prin mantaua Pământului de două ori, înainte și după trecerea prin miezul exterior lichid al Pământului. Din cauza acestei duble călătorii prin manta, a devenit aproape imposibil să se distingă dacă undele anterioare au provenit din partea sursă sau receptor a căii razelor.

Tehnici inovatoare de cercetare în seismologie

Echipa lui Thorne, care a inclus profesorul asistent de cercetare Surya Patchai, a conceput o metodă de modelare a formelor de undă pentru a dezvălui efecte cruciale care nu au fost observate înainte.

Folosind metoda avansată a ansamblului de cutremur și noile observații teoretice din simulările cutremurelor, cercetătorii au putut analiza datele pentru 58 de cutremure care au avut loc în jurul Noii Guinee și au fost înregistrate în America de Nord după ce au trecut prin planetă.

„Pot pune receptori virtuali oriunde pe suprafața Pământului și asta îmi spune cum ar trebui să arate seismograma de la un cutremur din acel loc și putem compara asta cu înregistrările reale pe care le avem”, a spus Thorne. „Acum suntem capabili să prezicem de unde vine această energie.”

Noua lor metodă le-a permis să determine unde a avut loc împrăștierea de-a lungul graniței dintre miezul exterior al metalului lichid și manta, cunoscută sub numele de graniță nucleu-manta, care este situată la 2.900 de kilometri sub suprafața Pământului.

Interacțiuni nucleu-manta și zone stâncoase foarte joase

Descoperirile lor sugerează că strămoșii PKP ar fi putut proveni din regiuni care găzduiesc regiuni cu viteză extrem de scăzută. Thorne bănuiește că aceste straturi, care au o grosime de numai 20 până la 40 de kilometri, se formează acolo unde plăcile tectonice subducătoare se ciocnesc cu granița dintre nucleu și manta din scoarța oceanică.

„Ceea ce am descoperit acum este că aceste regiuni cu viteză foarte scăzută nu se găsesc doar sub punctele fierbinți. Ele sunt răspândite de-a lungul graniței nucleu-mantale de sub America de Nord”, a spus Thorne. „Se pare că aceste regiuni cu viteză foarte mică sunt generate în mod activ. Nu știm cum. Dar pentru că le vedem aproape de subducție, credem că sunt deja în atmosferă”. Bazalt de mijlocul oceanului „Acest material se topește și așa este generat. Apoi, dinamica împinge acest material prin pământ și, în cele din urmă, se va acumula sub punctele fierbinți”.

Dinamica împinge aceste obiecte de-a lungul Pământului și, în cele din urmă, ele se vor aduna împotriva granițelor marilor provincii cu viteză redusă, care sunt caracteristici continentale distincte din punct de vedere compozițional sub Oceanul Pacific și Africa, potrivit Thorne.

„Se poate acumula și sub hotspot-uri, dar nu este clar dacă aceste zone cu emisii foarte scăzute sunt generate de același proces”, a spus el. Va trebui să așteptăm cercetările viitoare pentru a determina consecințele unui astfel de proces.

Referință: „Investigarea regiunilor cu viteză extrem de scăzută ca sursă de dispersie a PKP sub America de Nord și vestul Oceanului Pacific: posibile legături cu subducția crustei oceanice” de Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward și Sebastian Rust, 10 august 2024, AGU Avansuri.
DOI: 10.1029/2024AV001265

Cercetarea, care a fost finanțată de Fundația Națională pentru Știință, a fost realizată în colaborare cu geologi de la Universitatea de Stat din Arizona și de la Universitatea din Leeds din Regatul Unit.