Підземні землетруси розкривають таємниці нутрощів Землі

Згідно з новим дослідженням вченого Чиказького університету, на самому дні верхньої мантії навколо Землі може бути шар напрочуд рідкої породи. Відкриття було зроблено шляхом вимірювання тривалого руху, зареєстрованого GPS- датчиками на островах у результаті глибокого землетрусу в Тихому океані поблизу Фіджі. Дослідження, опубліковане 22 лютого в Nature, демонструє новий метод вимірювання текучості мантії Землі.

«Незважаючи на те, що мантія становить найбільшу частину Землі, ми все ще багато чого не знаємо про це», — сказав Санйонг Парк, геофізик із Чиказького університету та провідний автор дослідження. «Ми вважаємо, що ми можемо дізнатися багато іншого, використовуючи ці глибокі землетруси як спосіб дослідити ці питання».

Мантійні таємниці

Ми все ще напрочуд мало знаємо про Землю під нашими ногами. Найдальше, що комусь вдалося прокопати, це приблизно сім з половиною миль, перш ніж зростаюча спека буквально розтопить свердло. Таким чином, вченим довелося використовувати підказки, наприклад, як рухаються сейсмічні хвилі, щоб зробити висновок про різні шари, з яких складається планета, включаючи кору, мантію та ядро.

Одна річ, яка завадила вченим, це точне вимірювання в’язкості шару мантії. Мантія — це шар під корою. Він зроблений із каменю, але за високої температури та тиску на такій глибині камінь насправді стає в’язким — тече дуже повільно, як мед чи смола.

«Ми хочемо точно знати, з якою швидкістю тече мантія, тому що це впливає на еволюцію всієї Землі — це впливає на те, скільки тепла планета зберігає як довго, і на те, як земні матеріали обертаються з часом», — пояснив Парк. «Але наше поточне розуміння дуже обмежене і містить багато припущень».

Парк думав, що може бути унікальний спосіб отримати вимірювання властивостей мантії шляхом вивчення наслідків дуже глибоких землетрусів.

Більшість землетрусів, про які ми чуємо в новинах, є відносно неглибокими, вони відбуваються у верхній частині земної кори. Але іноді бувають землетруси, які відбуваються глибоко в глибині Землі — до 450 миль під поверхнею. Ці землетруси не так добре вивчені, як неглибокі, оскільки вони не настільки руйнівні для населених пунктів. Але оскільки вони досягають мантії, Парк подумав, що вони можуть запропонувати спосіб зрозуміти поведінку мантії.

Пак і її колеги розглянули один конкретний такий землетрус, який стався біля узбережжя Фіджі у 2018 році. Сила землетрусу становила 8,2 бала, але воно було настільки глибоким — 350 миль, — що не спричинило серйозних руйнувань або смертей.

Однак, коли вчені ретельно проаналізували дані GPS-датчиків на кількох сусідніх островах, вони виявили, що Земля продовжує рухатися після того, як землетрус закінчився.Дані показали, що протягом місяців після землетрусу Земля все ще рухалася, осідаючи внаслідок збурення. Навіть через багато років Тонга все ще повільно рухається вниз зі швидкістю приблизно 1 сантиметр на рік.

«Ви можете думати про це як про банку з медом, яка повільно повертається до рівня після того, як ви занурюєте туди ложку, але на це потрібні роки, а не хвилини», — сказав Парк.

Це перше надійне спостереження деформації після глибинних землетрусів; це явище спостерігалося раніше для неглибоких землетрусів, але експерти вважали, що ефект буде надто малим, щоб його можна було спостерігати для глибоких землетрусів.

Парк та її колеги використали це спостереження, щоб зробити висновок про в’язкість мантії.

«Хоча мантія становить найбільшу частину Землі, ми ще багато чого про неї не знаємо». — доц. Професор Sunyoung Park

Досліджуючи, як Земля деформувалася з часом, вони виявили докази існування шару товщиною близько 50 миль, який менш в’язкий (тобто «текучий»), ніж решта мантії, розташований на дні верхнього шару мантії. Вони вважають, що цей шар може охопити всю земну кулю.

Цей шар з низькою в’язкістю може пояснити деякі інші спостереження сейсмологів, які припускають, що існують «застійні» плити гірських порід, які не дуже сильно рухаються, розташовані приблизно на тій же глибині на дні верхньої мантії. «Було важко відтворити ці особливості за допомогою моделей, але слабкий рівень, виявлений у цьому дослідженні, полегшує це», — сказав Парк.

Це також має наслідки для того, як Земля транспортує тепло, обертає та змішує матеріали між корою, ядром і мантією з часом.

«Ми дуже схвильовані, — сказав Парк. «З цією технікою можна ще багато чого дізнатися».

Іншими співавторами статті були Жан-Філіп Авуак і Чжунвен Жан з Каліфорнійського технологічного інституту та Адріано Гуаланді з Національного інституту геофізики та вулканології Італії.