Древние тектонические плиты «растекаются» по ядру Земли, обнаружили сейсмологи
Каждое сильное землетрясение порождает сейсмические волны, которые пронизывают всю планету. Внимательно отслеживая их распространение, можно изучать недра Земли, как на рентгене.
Проанализировав данные более чем 5000 землетрясений, исследователи составили, по их словам, самую подробную картину слоя, расположенного в 2900 километрах под поверхностью Земли, где глубинная мантия соприкасается с внешним ядром. Она показывает, как фрагменты тектонических плит, поглощенные мантией сотни миллионов лет назад, по-видимому, накапливаются на поверхности ядра, а затем «растекаются» по ней, порождая потоки горных пород.
«Это дает нам ключ к пониманию мантийной системы в целом», — объясняет сейсмолог Джонатан Вулф из Калифорнийского университета в Беркли, представивший это исследование на ежегодной встрече Американского геофизического союза.
Кладбища утонувших плит
Граница между ядром и мантией Земли — вовсе не гладкая поверхность, как ее часто изображают в учебниках. Предыдущие сейсмические исследования выявили гигантские структуры в 100 раз выше Эвереста: два аномально горячих «пузыря», выступающих из ядра, — так называемые крупные области с низкой скоростью сдвига. Вокруг них сгруппированы меньшие, гороподобные зоны, которые замедляют сейсмические волны и могут представлять собой «кладбища» ушедших вглубь тектонических плит, нагроможденные на поверхности ядра.
Сейсмические данные также показывают, как ориентированы кристаллы минералов в самых нижних слоях мантии. Дело в том, что сейсмическая волна проходит через определенные породы быстрее или медленнее в зависимости от того, совпадает ли ее путь с ориентацией кристаллов. Эта сейсмическая анизотропия может указывать на наличие крупномасштабных потоков, которые деформируют породы и выстраивают их кристаллы в одном направлении. По этому признаку можно картировать медленные конвективные течения в мантии, которые приводят в движение тектонические плиты.
Однако измерение сейсмической анизотропии в нижней мантии и картирование связанных с ней потоков — задача непростая. Сейсмические волны не так часто проходят удобными для ученых путями, а когда они все же пронизывают Землю под нужным углом, огибая ядро, «шумная» верхняя мантия вносит помехи. Ситуацию осложняет и то, что данные, необходимые для составления таких карт, поступают из десятков разбросанных по миру сейсмологических центров. Геодинамики создают красивые модели земных недр, но «нам, сейсмологам, действительно было трудно подтвердить, верны они или нет», говорит Вулф.
Тысячи землетрясений
Чтобы получить более полную картину, Вулф и его коллеги систематизировали сейсмические данные примерно 5300 землетрясений с 1995 года, которые были достаточно мощными, чтобы отправить ударные волны через всю планету. Составив карту тонких вариаций в скорости, они получили изображение, которое в некоторых областях содержит в 100 раз больше сейсмической информации, чем предыдущие попытки. Удалось зафиксировать детальные паттерны анизотропии на трех четвертях площади нижней мантии, что, по словам Вулфа, дает наиболее полное на сегодня представление об этой части Земли.
Новая картина раскрывает сложную схему потоков горных пород в большей части нижней мантии. По мнению Вулфа, у этого явления нет единственной причины, но многие из этих потоков наблюдаются там, где, как предполагается, древние погрузившиеся плиты достигли ядра и затем стали растекаться вдоль него. «Значительная часть анизотропии, которую мы видим, должна быть связана именно с этими остатками плит», — считает сейсмолог.
Что дальше
Хотя на крупном масштабе доминируют погрузившиеся плиты, карта выявляет и другие, более локальные структуры. Например, аномально горячий регион под Азией, известный как Пермская аномалия, окружен восходящими потоками породы. Эта зона может быть «корнем» горячего плюма того типа, который когда-то питал крупные вулканические провинции вроде Сибирских траппов — серии колоссальных извержений, приведших к Пермскому массовому вымиранию 252 миллиона лет назад. Вулф рассчитывает, что дальнейшее уточнение карты может укрепить связь между процессами в глубинах Земли и явлениями на ее поверхности, в том числе такими загадочными, как вулканизм Йеллоустоуна и Гавайев.
