Землетрясения создают сейсмические волны, которые проникают через земную кору и мантию, позволяя сейсмологам исследовать глубинные структуры планеты, подобно тому как рентгеновские лучи используются для диагностики внутренних органов человека.
В ходе анализа данных более чем 5000 землетрясений была составлена детальная карта слоя, расположенного на глубине 2900 километров под поверхностью Земли, где мантия взаимодействует с ядром. Эта карта иллюстрирует процессы, связанные с накоплением и перемещением тектонических плит в мантии, что приводит к образованию потоков горных пород.
Джонатан Вольф, ученый из Калифорнийского университета в Беркли, подчеркнул важность полученных данных для понимания структуры мантии. Его выводы были представлены на ежегодном собрании Американского геофизического союза.
Граница между ядром и мантией не является гладкой, как это часто изображается в учебниках. Сейсмические исследования показали наличие гигантских структур, высота которых в сто раз превышает высоту Эвереста. Среди них выделяются два аномально горячих образования и многочисленные зоны, замедляющие распространение сейсмических волн. Предполагается, что эти зоны могут представлять собой "кладбища" для субдуцированных тектонических плит, скапливающихся у границы ядра и мантии.
Анализ сейсмических данных показал наличие минеральной анизотропии в нижней мантии, вызванной выравниванием минеральных кристаллов. Это явление, известное как сейсмическая анизотропия, указывает на наличие крупных потоков, деформирующих породы. Данное наблюдение способствует более точному построению карт медленных конвективных процессов в мантии, которые влияют на движение тектонических плит.
Измерение анизотропии и картографирование потоков в нижней мантии являются сложными задачами. Редкие случаи распространения волн под оптимальным углом и шумы, создаваемые верхней мантией, усложняют получение точных данных. Данные для создания карт поступают из сейсмологических центров по всему миру, а геодинамики разрабатывают модели внутреннего строения Земли. Подтверждение точности этих моделей представляет собой вызов для сейсмологов.
Для детализации данных Вольф и его коллеги проанализировали информацию о примерно 5300 землетрясениях, начиная с 1995 года. Результатом стало создание карты с детализацией, в сто раз превышающей предыдущие исследования. На этой карте была зафиксирована анизотропия в трех четвертях нижней мантии, что является наиболее полным исследованием этого региона. Пол Такли, геофизик из Цюрихского технологического института, подчеркнул значимость проведения глобального исследования.
Новое изображение демонстрирует сложную сеть потоков в нижней мантии. Большая часть этих потоков связана с древними субдуцированными тектоническими плитами, взаимодействующими с ядром и перемещающимися вдоль его границы. Вольф отметил, что значительная часть анизотропии обусловлена зонами остатков этих плит.
Хотя затонувшие плиты доминируют на крупных масштабах, карта также выявляет другие закономерности. Например, под Азиатским континентом был обнаружен горячий регион, известный как Пермская аномалия, окруженный поднимающимися породами. Эта зона может быть источником горячего плюма, аналогичного Сибирским траппам, которые, как считается, вызвали пермское массовое вымирание около 252 миллионов лет назад. Улучшение детализации карты может способствовать выявлению связей между глубинными структурами Земли и поверхностными процессами, такими как вулканизм горячих точек в Йеллоустоне и на Гавайях.