Внутреннее строение Земли остаётся одной из самых загадочных областей науки, и её самые глубокие регионы ещё не раскрыли все свои тайны. Недавнее исследование, опубликованное в журнале «Geochemistry, Geophysics», подробно рассматривает феномен сейсмической анизотропии, предлагая новый взгляд на поведение нижней мантии Земли.
Сейсмическая анизотропия: окно в поведение мантии
Сейсмическая анизотропия — это изменение скорости распространения сейсмических волн в зависимости от направления их движения через слои Земли. Это явление позволяет получить важные сведения о том, как материалы на больших глубинах ведут себя в экстремальных условиях.
В отличие от изотропных регионов, где сейсмические волны распространяются равномерно, анизотропные зоны показывают, как силы внутри мантии Земли могут влиять на поток и деформацию силикатных пород.
Нижние 300 километров мантии Земли, известные как слой D, являются местом, где это явление наиболее выражено. Исследователи давно подозревали, что сложная динамика мантийных плюмов в сочетании с наличием крупных плотных структур у основания мантии ответственны за создание сейсмической анизотропии.
Эти плотные регионы, часто называемые «BLOBs» (большие базальные структуры нижней мантии), как полагают, взаимодействуют с потоком мантийного материала, изменяя характер распространения сейсмических волн. Понимание этих взаимодействий позволяет глубже понять, как ведёт себя мантия Земли, что имеет решающее значение для разгадки геологических процессов, формирующих нашу планету.
Роль BLOBs в формировании сейсмической анизотропии
В исследовании, опубликованном в «Geochemistry, Geophysics», учёные сосредоточились на том, как BLOBs на границе земного ядра и мантии способствуют сейсмической анизотропии, наблюдаемой в сейсмических данных.
Эти BLOBs, плотные, горячие и часто крупнее континентов, оказывают сильное влияние на модели потока окружающей мантии. Согласно исследованию, эти структуры могут не только способствовать вариациям скорости сейсмических волн, но и влиять на формирование и движение мантийных плюмов.
Исследование предполагает, что наиболее эффективное объяснение наблюдаемой анизотропии включает комбинацию BLOBs, которые плотнее и более вязкие, чем окружающий мантийный материал.
Передовое моделирование: ключ к разгадке тайн мантии
Для изучения сложного поведения BLOBs и глубинного строения мантии исследовательская группа использовала современное программное обеспечение для моделирования конвекции в мантии (ASPECT) и код для моделирования мантийной ткани (ECOMAN).
Эти передовые инструменты позволили команде смоделировать поток и взаимодействие материала мантии на протяжении миллионов лет. Исследователи корректировали различные факторы, такие как вязкость и плотность BLOBs, чтобы изучить, как эти элементы влияют на сейсмическую анизотропию.
Моделирование позволило детально рассмотреть, как тектонические плиты погружаются в мантию в зонах субдукции, в то время как мантийные плюмы поднимаются из основания мантии. Моделируя различные конфигурации мантии, команда смогла уточнить своё понимание того, как BLOBs с их уникальными химическими свойствами могут влиять на модели потока мантии в геологических масштабах времени.
От Пангеи до наших дней: как BLOBs сформировали эволюцию Земли
Исследование, проведённое Роем и его коллегами, также учитывало, как такие события, как распад Пангеи и открытие Атлантического океана, могли повлиять на формирование и движение мантийных плюмов.
За последние 250 миллионов лет динамические сдвиги в тектонических плитах Земли, вероятно, вызвали значительные изменения в том, как BLOBs взаимодействуют с окружающей мантией.
Одним из увлекательных аспектов исследования является рассмотрение того, как эти BLOBs эволюционировали с течением времени. Моделирование показывает, что BLOBs, которые образуются из слоя толщиной 100 километров у основания мантии, вероятно, были стабильны в течение геологических временных масштабов, но подвергались постепенным изменениям плотности и вязкости.
Влияние BLOBs на «тепловой двигатель» Земли
Исследование также даёт ценную информацию о «тепловом двигателе» Земли — процессе, который управляет конвекцией в мантии и тектоникой плит. Моделируя, как тепло распространяется от земного ядра к мантии, исследователи могут лучше понять, как BLOBs могут влиять на глобальную температуру и движение материалов.
Плотные, вязкие BLOBs могут действовать как барьеры для потока тепла, удерживая энергию у основания мантии и потенциально влияя на интенсивность и характер конвекции в мантии. Этот процесс имеет далеко идущие последствия для понимания динамики тектоники плит, вулканической активности и даже поведения магнитного поля Земли.