znat_kak (znat_kak) wrote,
znat_kak
znat_kak

Categories:

Сплошные неровности. Внутри Земли обнаружили гигантские горы

08:00  27.06.2020
Владислав Стрекопытов

МОСКВА, 27 июн — РИА Новости. Изучая границу между ядром и мантией Земли, геофизики обнаружили, что она не такая гладкая, как считали раньше. У поверхностей, разделяющих внутренние слои, тоже сложный рельеф. Получается, что наша планета совсем не похожа на набор вложенных друг в друга сфер, как принято ее изображать




© Depositphotos / Shad.off


Читая волны. Земная кора

О глубоких недрах геофизики судят по сейсмическим волнам, порождаемым землетрясениями. Есть продольные P-волны — когда упругие механические колебания происходят вдоль направления распространения и поперечные S-волны — в них колебания перпендикулярны.

На границе слоев с разной плотностью скорость волн резко меняется. При переходе от твердой земной коры к более пластичной верхней мантии — увеличивается. Эту границу называют поверхностью Мохоровичича. Нижняя мантия тверже, чем верхняя. Внешнее ядро, в котором поперечные сейсмические волны не распространяются, — жидкое, а внутреннее — опять твердое, но слегка пластичное.


Глубинные оболочки Земли и скорости распространения в них
продольных (Р) и поперечных (S) сейсмических волн © РИА Новости



Пока сеть сейсмографов была редкой, разделы между внутренними оболочками с определенной долей условности изображали в виде сфер. По мере накопления данных стало ясно, что каждая из этих границ — сложная поверхность со своим рельефом и внутренние "горы" даже выше, чем на поверхности Земли, а "впадины" глубже.

От вершины Эвереста до дна Марианской впадины около 20 километров, а, например, перепады границы Мохоровичича, разделяющей кору и верхнюю мантию, достигают 40 километров. И все это на глубине от пяти до 70 километров.



Топография слоистых оболочек Земли © Christine Houser / Science, 2019

Примерно такой же резкий рельеф характерен для границы между верхней и нижней мантией. Это доказали ученые из Китая и США. Они проанализировали результаты наблюдений сотен сейсмических станций, полученные по одним и тем же событиям: землетрясениям в Боливии 1994-го и в Охотском море 2008 и 2012 годов, а также архивные записи сейсмографов Национального центра информации о землетрясениях Геологической службы США.

Авторы исследования установили, что для границы между верхней и нижней мантией, расположенной на глубине около 660-670 километров, данные различных станций практически полностью совпадают. То есть у нее устойчивый рельеф, который даже удалось закартировать. Обработка сигналов боливийского землетрясения позволила создать в буквальном смысле слова "топографическую карту" поверхности нижней мантии для целого региона в Юго-Восточной Азии.

Самая динамичная область. Мантия и ядро

Когда говорят о динамике Земли, обычно имеют в виду масштабные поверхностные процессы, связанные с движением литосферных плит. В зонах срединно-океанических хребтов и рифтов литосфера раздвигается, а в зонах субдукции на окраинах континентов океанические плиты погружаются под континентальные.

Но внутри Земли происходят не менее динамичные процессы и поверхностные движения — лишь их отражение. В первую очередь речь идет о мантийной конвекции, возникающей из-за разности температур в недрах и на поверхности планеты. Восходящие потоки конвекционных ячеек растягивают литосферу, нисходящие — увлекают ее в мантию. При этом в верхних частях ячеек вещество течет в горизонтальной плоскости и эти потоки заставляют литосферные плиты двигаться.

Самая динамичная область Земли находится на границе ядра и мантии, на глубине около 2900 километров. Считается, что ее неоднородность влияет на многие геологические процессы, в частности, колебание оси вращения Земли и характеристики геомагнитного поля. Кроме того, сама конвекция — следствие того, что происходит в слое D” на границе с ядром.

На его поверхности ученые обнаружили массивы необычайно плотных, горячих пород — зоны аномально низких скоростей прохождения сейсмических волн (ULVZ — Ultra-low velocity zones). Они протягиваются на сотни километров, а их "высота" — десятки километров.

Над ними — горячие точки с вулканами: Гавайские, Маркизские, Галапагосские острова и архипелаг Самоа в Тихом океане, Канарские и Азорские острова, Исландия — в Атлантическом, архипелаг Кергелен — в Индийском, Афарская зона вулканизма в районе Великого Африканского рифта.


Рельеф Тихоокеанской LLSVP — провинции с низкой скоростью сдвига.
Синее — ядро; красно-синее — массив плотных пород на границе ядра и мантии;
красное — выступы под горячими точками. © Sanne.cottaar


Американские ученые Университета Джонса Хопкинса и Мэрилендского университета в Колледж-парке совместно с израильскими коллегами из Тель-Авивского университета, используя новый алгоритм машинного обучения, выполнили параллельный анализ семи тысяч сейсмограмм, охватывающих сотни землетрясений с 1990 по 2018 год, и впервые составили детальную карту раздела ядра и мантии Тихоокеанского региона, на которую нанесли все ULVZ-зоны.

Оказалось, что ULVZ — лишь отдельные выступы в пределах более крупных, сопоставимых по размеру с континентами, провинций с низкой скоростью сдвига (LLSVP — Large low-shear-velocity provinces), которые еще называют суперплюмами. Их ответвления проникают вверх в мантию на тысячи километров. Сейчас ученые выделяют две такие провинции — Африканскую и Тихоокеанскую.



Суперплюмы (провинции с низкой скоростью сдвига) на границе
ядра и мантии как они выглядят с Северного (а) и Южного (b) полюсов.
В центре показано ядро Земли с проекцией на него контуров континентов;
внешний контур — условная граница нижней мантии
© Sanne Cottaar, Vedran Lekic / Geophysical Journal International, 2016


Суперплюмы (провинции с низкой скоростью сдвига) на границе ядра и мантии как они выглядят с Северного (а) и Южного (b) полюсов. В центре показано ядро Земли с проекцией на него контуров континентов; внешний контур — условная граница нижней мантии.

Кругооборот вещества в мантии

Австралийские ученые из Университета Кёртина предположили, что периоды, когда вся суша Земли объединялась в единые суперконтиненты — Пангею, Родинию, Колумбию и другие, совпадали с активностью в глубинных LLSVP-провинциях. Построили динамическую модель, связывающую эволюцию суперплюмов со сборкой и распадом суперконтинентов.

Согласно этой модели, массивы LLSVP образуются из литосферных плит, которые, как выяснилось, погружаясь, не растворяются в мантии, как думали раньше, а опускаются до самой границы ядра. Здесь они переплавляются, и гигантские капли разогретого вещества — мантийные плюмы, — отрываясь от LLSVP, всплывают к поверхности, давая начало новому геодинамическому циклу. Литосфера над плюмами приподнимается, образуя купол, а затем трескается и расходится.


Модель динамической системы суперконтинент—суперплюм © РИА Новости
Внутри ядра

Исследователи из США и Китая проанализировали, как меняются сейсмические волны, проходящие через границу между внешним и внутренним ядром. Для этого использовали сигналы от дуплетов — повторяющихся землетрясений с одним и тем же эпицентром.

Оказалось, что у этих изменений есть определенная периодичность, которую можно объяснить двумя механизмами: либо внутреннее ядро вращается примерно на 0,05-0,1 градуса в год, либо на его поверхности возникают высокие "горы" и глубокие "каньоны". Так что динамично меняющийся рельеф может быть и у самой глубинной границы между земными оболочками.

via
Tags: ГЕОФИЗИКА, ЗЕМЛЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ, СТРОЕНИЕ
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments