Микросейсмические PKP-волны как инструмент исследования земного ядра и экзопланет
Исследование, проведенное сейсмологами Австралийского национального университета (ANU), раскрывает новый метод изучения внутренней структуры Земли и других планет с использованием энергетических сигналов, генерируемых зимними штормами в Северной Атлантике. Эти сигналы, проходящие через ядро Земли, были зафиксированы с помощью уникальных спиральных антенных решеток, установленных в отдаленных регионах Австралии. Результаты исследования, опубликованные в журнале Seismological Research Letters, имеют значительные последствия для понимания не только Земли, но и других планетарных тел.
Ученые использовали две крупномасштабные антенные решетки размером 50 × 50 км, расположенные в Квинсленде и Западной Австралии, для обнаружения так называемых PKP-волн*. Эти волны возникают в результате взаимодействия океанских волн, вызванных циклонами в Северной Атлантике, с земной корой и мантией, после чего проходят через ядро Земли и достигают противоположной стороны планеты.
Анализ данных позволил идентифицировать два основных источника микросейсмических сигналов — районы в Гренландии и Ньюфаундленде. Эти регионы, подверженные мощным зимним штормам, генерируют низкочастотные сейсмические колебания (4–6 секунд), которые, несмотря на крайне малую амплитуду, могут быть зарегистрированы благодаря высокочувствительной аппаратуре и уникальным условиям австралийского континента.
Применение в планетарных исследованиях
Одним из наиболее перспективных аспектов исследования является возможность применения данной методики для изучения других планет. Как отметил соавтор работы Абхай Панди, этот подход позволяет изучать внутреннюю структуру небесных тел, даже если на них отсутствуют тектоническая активность, вулканы или землетрясения. Например, ледяные спутники планет-гигантов, такие как Европа или Энцелад, могут быть исследованы на предмет наличия жидких океанов под ледяной корой.
Профессор Хрвое Ткалчич подчеркнул, что размещение сейсмометрических станций на поверхности планет без сейсмической активности может позволить ученым сканировать их недра, используя атмосферные и океанические сигналы, аналогичные тем, что были зафиксированы в данном исследовании.
Значение для изучения Земли
Помимо экзопланетарных приложений, исследование предоставляет новые данные о процессах, происходящих в глубинных слоях Земли. Традиционные методы сейсмологии опираются на землетрясения, но в регионах, подобных Северной Атлантике, где сейсмическая активность слаба, микросейсмический шум становится альтернативным источником информации.
Ученые также выявили, что распространение этих волн зависит от множества факторов, включая интенсивность циклонов, глубину океана, рельеф дна и частотный диапазон наблюдений. Использование современных методов обработки данных и специализированного оборудования, такого как морские сейсмометры, позволило выделить сигналы из фонового шума.
Исследование демонстрирует, как взаимодействие океана и атмосферы может быть использовано для изучения самых глубоких слоев Земли. Разработанная методика открывает новые горизонты не только в геофизике, но и в планетологии, предлагая инструмент для исследования тел Солнечной системы, где традиционные сейсмические методы неприменимы. Дальнейшее развитие этой технологии может привести к прорывам в понимании формирования и эволюции планет, включая поиск скрытых океанов и ядер у далеких миров.
*Аббревиатура PKP, представляющая тип волн, которые изучались в данном исследовании, описывает P-волну (первичную — primary), которая проходит через мантию, внешнее ядро и снова мантию с другой стороны (когда P-волны находятся во внешнем ядре, они обозначаются «K», отсюда PKP).