A geofizikusok megfejtik a titokzatos mély szeizmikus jeleket

A geofizikusok összefüggést fedeztek fel a PKP prekurzoroknak nevezett szeizmikus hullámok és a földköpeny anomáliái között.

Egy új tanulmány feltárja, hogy a korábbi PKP szeizmikus jelek, amelyek évek óta zavarba ejtik a tudósokat, rendkívül alacsony sebességű régiókból származnak, amelyek mélyen Észak-Amerikában és a Csendes-óceán nyugati részén találhatók. A Utahi Egyetem kutatóinak ezek a megállapításai ezeket a régiókat olyan fontos geológiai jellemzőkkel kapcsolják össze, mint például a forró vulkánok, fejlett szeizmikus technikák segítségével eredetük visszakövetésére a mag-köpeny határáig.

Bevezetés a PKP-ba és a szeizmikus rejtvényekbe

A felfedezésük óta eltelt évtizedek során a PKP-prekurzorokként ismert szeizmikus jelek kihívást jelentettek a tudósok számára. A Föld alsó köpenyének régiói szétszórják a beérkező szeizmikus hullámokat, amelyek különböző sebességgel PKP hullámok formájában térnek vissza a felszínre.

A Föld magján áthaladó fő szeizmikus hullámok előtt érkező korábbi jelek eredete továbbra is tisztázatlan, de a Utah Egyetem geofizikusai által vezetett kutatás új megvilágításba helyezte ezt a titokzatos szeizmikus energiát.

Az augusztus 10-én közzétett kutatás szerint úgy tűnik, hogy a PKP ősei mélyen Észak-Amerika és a Csendes-óceán nyugati része alatt terjedtek el, és „extrém alacsony sebességű zónákhoz” köthetők, vagyis a köpeny vékony rétegeihez, ahol a szeizmikus hullámok drámaian lelassulnak. be AGU Advancesaz Amerikai Geofizikai Unió zászlóshajója.

A PKP őseinek összekapcsolása a geológiai jellemzőkkel

„Ezek a bolygón valaha felfedezett legszélsőségesebb tulajdonságok” – mondta a vezető szerző, Michael Thorne, a Utah-i Egyetem geológia és geofizika docense úgy tűnik, hogy forró vulkánok alatt gyűlnek össze.

Ezek a tollak felelősek a Yellowstone Nemzeti Parkban, a Hawaii-szigeteken, Szamoán, Izlandon és a Galápagos-szigeteken megfigyelt vulkáni tevékenységért.

„Úgy tűnik, hogy ezek a nagyon nagy vulkánok több száz millió éve állnak nagyjából ugyanazon a helyen” – mondta Thorne. Korábbi munkáiban a világ egyik legnagyobb ismert extrém alacsony sebességű régióját is felfedezte.

„A terület közvetlenül Szamoa szigete alatt található, és Szamoa az egyik legnagyobb forró vulkán” – jegyezte meg Thorne.

A szeizmikus hullámelemzés fejlődése

A geológusok közel egy évszázada használták szeizmikus hullámokat a Föld belsejének feltárására, és számos olyan felfedezést tettek, amelyekre máskülönben nem lett volna lehetőség. A Utah Egyetem más kutatói például jellemezték a Föld szilárd belső magjának szerkezetét, és szeizmikus hullámok elemzésével követték nyomon mozgását.

Amikor egy földrengés megrázza a Föld felszínét, szeizmikus hullámok lőnek át a köpenyen – a 2900 kilométer vastag, forró kőzet dinamikus rétegén a földkéreg és az ásványi mag között. Thorne csapatát azok a hullámok érdeklik, amelyek „szétszóródnak”, amikor olyan szabálytalan vonásokon haladnak keresztül, amelyek megváltoztatják a köpeny fizikai összetételét. A szórt hullámok egy része a PKP előfutára lesz.

Thorne arra törekedett, hogy pontosan meghatározza, hol történik ez a szóródás, különösen mivel a hullámok kétszer is áthaladnak a Föld köpenyén, a Föld folyékony külső magján való áthaladás előtt és után. A köpenyen keresztüli kettős utazás miatt szinte lehetetlenné vált megkülönböztetni, hogy a korábbi hullámok a sugárút forrás- vagy vevőoldalán keletkeztek-e.

Innovatív kutatási technikák a szeizmológiában

Thorne csapata, amelyben Surya Patchai kutatási adjunktus is helyet kapott, egy módszert dolgozott ki a hullámformák modellezésére, hogy olyan döntő hatásokat tárjanak fel, amelyeket korábban nem figyeltek meg.

A fejlett földrengés-együttes módszer és a földrengésszimulációkból származó új elméleti megfigyelések segítségével a kutatók 58, Új-Guinea környékén előforduló földrengés adatait elemezték, amelyeket Észak-Amerikában rögzítettek, miután áthaladtak a bolygón.

„A virtuális vevőket bárhol elhelyezhetem a Föld felszínén, és ez megmondja, hogyan kell kinéznie egy földrengés szeizmogramjának, és ezt össze tudjuk hasonlítani a valódi felvételeinkkel” – mondta Thorne. „Most már képesek vagyunk megjósolni, honnan származik ez az energia.”

Új módszerük lehetővé tette számukra, hogy meghatározzák, hol történt a szóródás a folyékony fém külső magja és a köpeny közötti határvonal mentén, amelyet mag-köpeny határnak neveznek, és amely 2900 kilométerrel a Föld felszíne alatt található.

Mag-köpeny kölcsönhatások és nagyon alacsonyan fekvő sziklás területek

Eredményeik arra utalnak, hogy a PKP ősei olyan régiókból származhattak, amelyek rendkívül alacsony sebességű régióknak adnak otthont. Thorne azt gyanítja, hogy ezek a mindössze 20-40 kilométer vastag rétegek ott jönnek létre, ahol az óceáni kéregben a mag és a köpeny közötti határvonallal összeütköznek a szubdukciós tektonikus lemezek.

„Most azt tapasztaltuk, hogy ezek a nagyon kis sebességű régiók nem csak a forró pontok alatt találhatók. Ezek az egész mag-köpeny határán Észak-Amerika alatt találhatók” – mondta Thorne. „Valóban úgy tűnik, hogy ezek a nagyon kis sebességű régiók aktívan generálódnak. Nem tudjuk, hogyan. De mivel szubdukció közelében látjuk őket, úgy gondoljuk, hogy már a légkörben vannak.” Óceánközépi bazalt „Ez az anyag megolvad, és így keletkezik. Aztán a dinamika átnyomja ezt az anyagot a talajon, és végül felhalmozódik a forró pontok alatt.”

Thorne szerint a dinamika ezeket az objektumokat végignyomja a Földön, és végül felhalmozódnak a nagy, kis sebességű tartományok határaihoz, amelyek összetételükben különálló kontinentális jellemzők a Csendes-óceán és Afrika alatt.

„A forró pontok alatt is felhalmozódhat, de nem világos, hogy ezek a nagyon alacsony kibocsátású területek ugyanazon folyamat során keletkeznek-e” – mondta. Meg kell várnunk a jövőbeli kutatásokat, hogy meghatározzuk egy ilyen folyamat következményeit.

Hivatkozás: Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward és Sebastian Rust: „A rendkívül alacsony sebességű régiók vizsgálata a PKP szétszóródásának forrásaként Észak-Amerika és a Csendes-óceán nyugati része alatt: Lehetséges kapcsolatok az óceáni kéreg alábukásához”. 2024. augusztus AGU Advances.
DOI: 10.1029/2024AV001265

A kutatást, amelyet a National Science Foundation finanszírozott, az Arizonai Állami Egyetem és a Leedsi Egyetem geológusaival együttműködve végezték az Egyesült Királyságban.