Новое исследование бросает вызов текущему пониманию тектоники плит
Существуют ли затонувшие миры на дне Тихого океана?
- Ученые-геологи используют модель высокого разрешения для изучения мантии Земли. Они надеются использовать ее, чтобы выяснить, где находится материал плиты, погрузившийся в недра Земли.
- Новое моделирование выявило зоны под западной частью Тихого океана, где до сих пор не было обнаружено подобного материала и, согласно современным теориям, его там быть не должно.
- Результаты бросают вызов нашему текущему пониманию того, как работает Земля. Поэтому необходимы еще лучшие модели для более точного определения этого материала.
Понимание структуры Земли является ключом к раскрытию ее внутренней динамики. Сейсмическая томография показывает более высокие, чем обычно, скорости волн в мантии, которые соответствуют местам, где тектонические плиты были вдавлены в Землю (субдуцированные плиты).
Эта связь часто используется в реконструкциях плит и геодинамических моделях. Однако глобальная томография времени прохождения обычно опирается на ограниченный набор легко идентифицируемых сейсмических волн, сильно влияющих на позиционирование источника и приемника.
Группа геофизиков из ETH Zurich и Калифорнийского технологического института сделала новаторское открытие, которое может изменить наше понимание тектоники плит. Используя новую модель с высоким разрешением, исследователи обнаружили доказательства аномальных зон в недрах Земли, которые напоминают остатки затопленных тектонических плит.
Однако эти зоны находятся не там, где ожидалось, — не вдоль границ плит, а под океанами или внутри континентальных глубин, вдали от известных зон субдукции.
Необычные зоны демонстрируют иное поведение сейсмических волн, чем предполагалось ранее, что позволяет предположить, что они состоят из более холодных или иного состава пород, чем окружающие материалы.
«Мы обнаружили, что эти области, которые выглядят как остатки погруженных плит, гораздо более распространены в мантии, чем мы когда-либо думали», — говорит Томас Схоутен, первый автор исследования из Геологического института Швейцарской высшей технической школы Цюриха.
Ключ к открытию лежит в новом методе, называемом инверсией полной формы волны. В отличие от более ранних подходов, которые использовали только один тип сейсмической волны для изучения структуры Земли, эта техника включает все волны землетрясений, обеспечивая гораздо более четкое и детальное представление о составе мантии.
Такой подход требует больших вычислительных затрат, поэтому исследователи запустили свои модели на суперкомпьютере Piz Daint в Швейцарском центре научных вычислений (CSCS) в Лугано.
Результатом стала гораздо более точная картина недр Земли, обнаруживающая неожиданные аномалии, в том числе одну под западной частью Тихого океана — область, где, согласно современным тектоническим теориям, не должно быть никаких следов субдуцированных плит. Команда ученых пока не может определить, какой материал присутствует в этих зонах, поэтому исследователи недоумевают по поводу их происхождения и значения.
«Мы видим эти аномалии повсюду в мантии, но мы до сих пор не знаем, какой материал создает эти узоры», — объясняет Томас Схоутен. «В этом и заключается наша дилемма».
Новые результаты поднимают критические вопросы о текущем понимании тектоники плит. Наличие аномальных зон вдали от активных зон субдукции противоречит широко принятой теории о том, что субдуцированные плиты являются основным источником материальных аномалий в мантии. Новые зоны обнаружены в областях, которые не должны иметь недавней истории субдукции, таких как внутренние части континентов и зоны под крупными океаническими регионами.
В настоящее время исследователи могут только предполагать природу этих аномалий. Они считают, что аномальные зоны могут быть не холодным, субдуцированным материалом плит за последние 200 миллионов лет, как предполагалось ранее.
Вместо этого ученые предполагают, что это могут быть остатки древнего, богатого кремнием материала, который находился в мантии с момента образования Земли около 4 миллиардов лет назад, сохранившись, несмотря на постоянные конвективные движения мантии. Другая возможность заключается в том, что эти зоны являются результатом накопления богатых железом пород в течение миллиардов лет из-за движений мантии.
«Чтобы полностью понять эти аномалии, нам нужно разработать еще более совершенные модели, которые смогут глубже проникнуть в недра Земли», — говорит Томас Схоутен. «Волны, которые мы в настоящее время используем для создания наших моделей, в основном говорят нам о скорости, с которой они проходят через Землю. Но это не раскрывает всю сложность мантии. Нам нужно выяснить, какие свойства материала отвечают за наблюдаемые скорости волн — по сути, нам нужно понять материал, стоящий за волнами».
Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.