Суперкомпютър разкрива неочаквани аномалии, които се крият в долната мантия на Земята
На километри под Тихия океан, в област от земната мантия, където според общоприетите схващания не би трябвало да има нищо необичайно, изследователи откриват нещо необичайно. Използвайки иновативна технология за анализ на сеизмичните вълни, учените идентифицират масивни структури, които оспорват основните теории за това как се е формирала и еволюирала нашата планета. Сякаш е открит нов геоложки континент - не на повърхността на Земята, а дълбоко в нея.
Точно както лекарите използват ултразвукови вълни, за да надникнат в човешкото тяло без операция, геофизиците използват сеизмичните вълни от земетресенията, за да изучават дълбоките недра на Земята. Когато възникват земетресения, те изпращат вълни във всички посоки на планетата. Тези вълни се движат с различна скорост в зависимост от материалите, в които попадат, като се пречупват, отразяват и разпръскват по пътя си. Като записват тези вълни в сеизмични станции по целия свят, учените могат да създадат изображения на структури дълбоко в Земята, подобно на медицинско сканиране на нашата планета.
В продължение на десетилетия тази техника е разкривала бързо движещи се вълнови картини предимно под областите, където се сблъскват тектонични плочи и една плоча се потапя под друга - процес, наречен субдукция. Смяташе се, че тези структури са останки от древни тектонични плочи, които са потънали в земната мантия - слоя между кората и ядрото. Новото сензационно изследване, публикувано в Scientific Reports, разкрива нещо неочаквано.
Аномалии в земната мантия
Аномалии в земната мантияСравнение на други томографски модели на дълбочина 1000 км. (а) UU-P07 (скорост на Р-вълната, излъчване). (b) GAP-P4 (скорост на Р-вълната, крайна честота). (c) SEMUCB-WM1 (скорост на S-вълните, инверсия на хибридна вълнова форма). (d) GLAD-M25 (скорост на S-вълната, инверсия на пълната вълнова форма). Кредит: Scientific Reports
Използвайки един от най-мощните суперкомпютри в света - Piz Daint в CSCS в Лугано, изследователи от ETH Цюрих и Калифорнийския технологичен институт откриват подобни на вълни структури на места, където те не би трябвало да съществуват - под обширни океани и континентални вътрешности, далеч от всички известни граници на плочи. „Очевидно подобни зони в земната мантия са много по-разпространени, отколкото се смяташе досега“, посочва в изявление Томас Шутен (Thomas Schouten), водещ автор на изследването и докторант в Геологическия институт на ETH Цюрих.
Ключът към това откритие се крие в сложна техника, наречена инверсия на пълната форма на вълната (FWI). За разлика от традиционните методи, които анализират само определени видове сеизмични вълни, FWI изследва цели сеизмограми, като по този начин се получава по-пълна картина на земните недра. Този всеобхватен подход изисква огромна изчислителна мощ, но осигурява безпрецедентни подробности.
Най-забележителното откритие се появи под западната част на Тихия океан, където изследователите идентифицират огромна аномалия на дълбочина между 900 и 1200 км. Според настоящите теории за тектоничните плочи този материал не би могъл да дойде от субдуцирани плочи, тъй като в региона няма данни за наличие на зони на субдукция в последно време.
Професорът от ETH Андреас Фихтнер (Andreas Fichtner), който е разработил компютърния модел, прави медицински паралел:
„Това е като лекар, който от десетилетия изследва кръвообращението с ултразвук и открива артерии точно там, където ги очаква. След това, ако му дадете нов, по-добър инструмент за изследване, той изведнъж ще види артерия в седалището, където всъщност не е мястото ѝ. Точно така се чувстваме и ние по отношение на новите открития."
Нов компютърен модел визуализира материал в долната мантия, който не може да дойде от субдуцираните плочи.Нов компютърен модел визуализира материал в долната мантия, който не може да дойде от субдуцираните плочи.
Откритието предполага, че тези дълбоки земни структури може да имат разнообразен произход. „Смятаме, че аномалиите в долната мантия имат разнообразен произход“, обяснява Шутен. Те биха могли да представляват древни материали, богати на силициев диоксид, които са оцелели след формирането на мантията преди около 4 милиарда години, въпреки непрекъснатите движения на разбъркване. Или пък може да са зони, в които богати на желязо скали са се натрупвали в продължение на милиарди години поради тези движения на мантията.
Изследователският екип подчертава, че настоящите модели показват само моделите на скоростта на вълните, които сами по себе си не могат да обяснят напълно сложната вътрешност на Земята. Бъдещите изследвания ще трябва да навлязат по-дълбоко в свойствата на материалите, създаващи тези структури, което изисква още по-сложни модели и изчислителна мощ.
Справка: Schouten, T.L.A., Gebraad, L., Noe, S. et al. Full-waveform inversion reveals diverse origins of lower mantle positive wave speed anomalies. Sci Rep 14, 26708 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-77399-2
Източник: Scientists mystified by massive structures found deep beneath the Pacific Ocean, Thomas Schouten, ETH Zurich's Geological Institute, StudyFinds
