Οι γεωφυσικοί αποκρυπτογραφούν μυστηριώδη βαθιά σεισμικά σήματα

Οι γεωφυσικοί ανακάλυψαν μια σύνδεση μεταξύ των σεισμικών κυμάτων που ονομάζονται πρόδρομοι PKP και των ανωμαλιών στον μανδύα της Γης.

Μια νέα μελέτη αποκαλύπτει ότι τα προηγούμενα σεισμικά σήματα PKP, τα οποία προβληματίζουν τους επιστήμονες για χρόνια, προέρχονται από περιοχές εξαιρετικά χαμηλής ταχύτητας που βρίσκονται βαθιά στη Βόρεια Αμερική και στον δυτικό Ειρηνικό Ωκεανό. Αυτά τα ευρήματα από ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γιούτα συνδέουν αυτές τις περιοχές με σημαντικά γεωλογικά χαρακτηριστικά όπως τα θερμά ηφαίστεια, χρησιμοποιώντας προηγμένες σεισμικές τεχνικές για να εντοπίσουν την προέλευσή τους πίσω στο όριο πυρήνα-μανδύα.

Εισαγωγή στο PKP και τα σεισμικά παζλ

Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών από την ανακάλυψή τους, τα σεισμικά σήματα γνωστά ως πρόδρομοι PKP ήταν μια πρόκληση για τους επιστήμονες. Περιοχές του κατώτερου μανδύα της Γης διασκορπίζουν τα εισερχόμενα σεισμικά κύματα, τα οποία επιστρέφουν στην επιφάνεια με τη μορφή κυμάτων PKP με διαφορετικές ταχύτητες.

Η προέλευση των προηγούμενων σημάτων, τα οποία φτάνουν πριν από τα κύρια σεισμικά κύματα που ταξιδεύουν στον πυρήνα της Γης, παρέμεινε ασαφής, αλλά η έρευνα με επικεφαλής γεωφυσικούς στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα έδωσε νέο φως σε αυτή τη μυστηριώδη σεισμική ενέργεια.

Οι πρόγονοι του PKP φαίνεται να εξαπλώνονται από μέρη βαθιά κάτω από τη Βόρεια Αμερική και τον δυτικό Ειρηνικό Ωκεανό και μπορεί να συνδέονται με «ζώνες ακραίας χαμηλής ταχύτητας», λεπτά στρώματα στον μανδύα όπου τα σεισμικά κύματα επιβραδύνονται δραματικά, σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε στις 10 Αυγούστου σε Προκαταβολές AGUτο εμβληματικό περιοδικό της Αμερικανικής Γεωφυσικής Ένωσης.

Σύνδεση των προγόνων του PKP με γεωλογικά χαρακτηριστικά

«Αυτά είναι μερικά από τα πιο ακραία χαρακτηριστικά που έχουν ανακαλυφθεί ποτέ στον πλανήτη», είπε ο επικεφαλής συγγραφέας Μάικλ Θορν, αναπληρωτής καθηγητής γεωλογίας και γεωφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα: «Δεν ξέρουμε πραγματικά τι είναι, αλλά ένα πράγμα Ξέρω ότι φαίνεται να συσσωρεύονται κάτω από θερμά ηφαίστεια.

Αυτά τα λοφία είναι υπεύθυνα για την ηφαιστειακή δραστηριότητα που παρατηρείται στο Εθνικό Πάρκο Yellowstone, στα νησιά της Χαβάης, στη Σαμόα, στην Ισλανδία και στα νησιά Γκαλαπάγκος.

«Φαίνεται ότι αυτά τα πολύ μεγάλα ηφαίστεια στέκονται για εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια περίπου στο ίδιο μέρος», είπε ο Thorne. Σε προηγούμενη εργασία, ανακάλυψε επίσης μια από τις μεγαλύτερες γνωστές περιοχές ακραίων χαμηλής ταχύτητας στον κόσμο.

«Η περιοχή βρίσκεται ακριβώς κάτω από το νησί της Σαμόα και η Σαμόα είναι ένα από τα μεγαλύτερα θερμά ηφαίστεια», σημείωσε ο Θορν.

Εξελίξεις στη σεισμική κυματική ανάλυση

Για σχεδόν έναν αιώνα, οι γεωλόγοι έχουν χρησιμοποιήσει σεισμικά κύματα για να εξερευνήσουν το εσωτερικό της Γης, κάνοντας πολλές ανακαλύψεις που διαφορετικά δεν θα ήταν δυνατές. Για παράδειγμα, άλλοι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα έχουν χαρακτηρίσει τη δομή του στερεού εσωτερικού πυρήνα της Γης και παρακολούθησαν την κίνησή του αναλύοντας τα σεισμικά κύματα.

Όταν ένας σεισμός συγκλονίζει την επιφάνεια της Γης, σεισμικά κύματα εκτοξεύονται μέσα από τον μανδύα – το δυναμικό στρώμα θερμού βράχου πάχους 2.900 km μεταξύ του φλοιού της Γης και του ορυκτού πυρήνα. Η ομάδα του Thorne ενδιαφέρεται για εκείνα τα κύματα που «σκορπίζονται» όταν περνούν μέσα από ακανόνιστα χαρακτηριστικά που εξαναγκάζουν αλλαγές στη σύνθεση των υλικών στον μανδύα. Μερικά από αυτά τα διάσπαρτα κύματα γίνονται πρόδρομοι του PKP.

Ο Θορν προσπάθησε να προσδιορίσει πού ακριβώς συμβαίνει αυτή η σκέδαση, ειδικά επειδή τα κύματα ταξιδεύουν μέσα από τον μανδύα της Γης δύο φορές, πριν και αφού περάσουν από τον υγρό εξωτερικό πυρήνα της Γης. Εξαιτίας αυτού του διπλού ταξιδιού μέσω του μανδύα, έχει καταστεί σχεδόν αδύνατο να διακρίνουμε εάν τα προηγούμενα κύματα προήλθαν από την πλευρά της πηγής ή του δέκτη της διαδρομής των ακτίνων.

Καινοτόμες τεχνικές έρευνας στη σεισμολογία

Η ομάδα του Thorne, η οποία περιλάμβανε την ερευνητική βοηθό καθηγητή Surya Patchai, σχεδίασε μια μέθοδο για τη μοντελοποίηση κυματομορφών για να αποκαλύψει κρίσιμα αποτελέσματα που δεν είχαν παρατηρηθεί ποτέ πριν.

Χρησιμοποιώντας την προηγμένη μέθοδο σεισμών και νέες θεωρητικές παρατηρήσεις από προσομοιώσεις σεισμών, οι ερευνητές μπόρεσαν να αναλύσουν δεδομένα για 58 σεισμούς που σημειώθηκαν γύρω από τη Νέα Γουινέα και καταγράφηκαν στη Βόρεια Αμερική αφού πέρασαν από τον πλανήτη.

«Μπορώ να βάλω εικονικούς δέκτες οπουδήποτε στην επιφάνεια της Γης, και αυτό μου λέει πώς πρέπει να μοιάζει ένα σεισμό από έναν σεισμό και μπορούμε να το συγκρίνουμε με τις πραγματικές ηχογραφήσεις που έχουμε», είπε ο Thorne. «Είμαστε πλέον σε θέση να προβλέψουμε από πού προέρχεται αυτή η ενέργεια».

Η νέα τους μέθοδος τους επέτρεψε να προσδιορίσουν πού συνέβη η διασπορά κατά μήκος του ορίου μεταξύ του εξωτερικού πυρήνα του υγρού μετάλλου και του μανδύα, γνωστό ως το όριο πυρήνα-μανδύα, το οποίο βρίσκεται 2.900 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της Γης.

Αλληλεπιδράσεις πυρήνα-μανδύα και πολύ χαμηλές βραχώδεις περιοχές

Τα ευρήματά τους υποδηλώνουν ότι οι πρόγονοι του PKP μπορεί να προέρχονται από περιοχές που φιλοξενούν περιοχές εξαιρετικά χαμηλής ταχύτητας. Ο Thorne υποπτεύεται ότι αυτά τα στρώματα, τα οποία έχουν πάχος μόνο 20 έως 40 χιλιόμετρα, σχηματίζονται εκεί όπου οι τεκτονικές πλάκες που καταβυθίζονται συγκρούονται με το όριο μεταξύ του πυρήνα και του μανδύα στον ωκεάνιο φλοιό.

“Αυτό που βρήκαμε τώρα είναι ότι αυτές οι περιοχές με πολύ χαμηλή ταχύτητα δεν βρίσκονται μόνο κάτω από θερμά σημεία. Είναι απλωμένα σε όλο το όριο του πυρήνα-μανδύα κάτω από τη Βόρεια Αμερική”, είπε ο Thorne. “Φαίνεται πραγματικά ότι αυτές οι περιοχές πολύ χαμηλής ταχύτητας δημιουργούνται ενεργά. Δεν ξέρουμε πώς. Αλλά επειδή τις βλέπουμε κοντά σε βύθιση, νομίζουμε ότι βρίσκονται ήδη στην ατμόσφαιρα.” Μεσοωκεάνιος βασάλτης “Αυτό το υλικό λιώνει και έτσι δημιουργείται. Στη συνέχεια η δυναμική ωθεί αυτό το υλικό μέσα από το έδαφος και τελικά θα συσσωρευτεί κάτω από τα καυτά σημεία.”

Η δυναμική ωθεί αυτά τα αντικείμενα σε όλη τη Γη και τελικά, θα συσσωρευτούν στα όρια μεγάλων επαρχιών χαμηλής ταχύτητας, που είναι διακριτά ηπειρωτικά χαρακτηριστικά κάτω από τον Ειρηνικό Ωκεανό και την Αφρική, σύμφωνα με τον Thorne.

«Μπορεί επίσης να συσσωρεύεται κάτω από hotspots, αλλά δεν είναι σαφές εάν αυτές οι περιοχές με πολύ χαμηλές εκπομπές δημιουργούνται από την ίδια διαδικασία», είπε. Θα πρέπει να περιμένουμε μελλοντικές έρευνες για να προσδιορίσουμε τις συνέπειες μιας τέτοιας διαδικασίας.

Αναφορά: «Διερεύνηση περιοχών εξαιρετικά χαμηλής ταχύτητας ως πηγή διασποράς PKP κάτω από τη Βόρεια Αμερική και τον δυτικό Ειρηνικό: Πιθανοί σύνδεσμοι με την υποβύθιση του ωκεανικού φλοιού» από τους Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward και Sebastian Rust, 10 Αύγουστος 2024, Προκαταβολές AGU.
DOI: 10.1029/2024AV001265

Η έρευνα, η οποία χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με γεωλόγους στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα και στο Πανεπιστήμιο του Λιντς στο Ηνωμένο Βασίλειο.