ULVZ – «странные» волны в мантии Земли: что они могут рассказать о нашей планете?

Наша планета, подобно луковице, состоит из множества слоев, каждый из которых хранит свои секреты. И чем глубже мы пытаемся проникнуть в недра Земли, тем больше загадок встает перед нами. Одним из наиболее интригующих феноменов, обнаруженных геофизиками, являются ультранизкоскоростные зоны (ULVZ) — области в нижней мантии, характеризующиеся аномально низкой скоростью распространения сейсмических волн. Эти зоны, словно скрытые подводные течения, влияют на динамику всей планеты, но их природа и происхождение до сих пор остаются предметом активных научных дискуссий.

Изначально ULVZ были обнаружены вблизи так называемых «горячих точек» — зон повышенной вулканической активности, где раскаленная магма поднимается из глубин мантии к поверхности, формируя цепочки вулканических островов, подобные Гавайским. Казалось логичным предположить, что ULVZ связаны именно с этими процессами, представляя собой скопления частично расплавленной породы, обладающей пониженной плотностью и, как следствие, меньшей скоростью прохождения сейсмических волн.

Однако недавние исследования, основанные на анализе необычных сейсмических сигналов, известных как предвестники PKP-волн, поставили под сомнение эту гипотезу. Волны PKP — это сейсмические волны, проходящие сквозь ядро Земли, прежде чем достигнуть противоположной стороны планеты. Предвестники PKP-волн, возникающие при мощных землетрясениях, появляются раньше основной волны и несут информацию о неоднородностях в структуре мантии, на которых они рассеиваются.

Майкл Торн, геофизик из Университета Юты, и его коллеги, изучая предвестники PKP-волн, пришли к выводу, что ULVZ могут быть гораздо более распространенным явлением, чем считалось ранее. Моделирование, проведенное учеными, показало, что рассеивание предвестников PKP-волн может быть объяснено наличием ULVZ не только вблизи горячих точек, но и в других областях нижней мантии.

Для проверки этой гипотезы исследователи проанализировали данные о землетрясениях, произошедших вблизи Новой Гвинеи, зарегистрированные сетью сейсмических станций EarthScope в Северной Америке. Анализ данных подтвердил предположения ученых: признаки ULVZ были обнаружены не только под западной частью Тихого океана, где расположена Новая Гвинея, но и под Северной Америкой. Эти результаты, наряду с данными других исследований, указывающих на наличие ULVZ под Северной Африкой, Восточной Азией и другими регионами, свидетельствуют о том, что ULVZ — это не просто локальные аномалии, а глобальное явление, играющее важную роль в динамике мантии.

Но если ULVZ не всегда связаны с горячими точками, то какова их природа и происхождение? Одна из гипотез предполагает, что ULVZ представляют собой скопления базальта — вулканической породы, образующейся на срединно-океанических хребтах. В зонах субдукции, где океаническая плита погружается под континентальную, базальт попадает в мантию. Под воздействием высоких температур и давления базальт плавится, образуя области пониженной плотности и скорости прохождения сейсмических волн. Эти области могут перемещаться в мантии под действием конвекционных потоков, подобно каплям масла в воде.

Другая гипотеза связывает ULVZ с остатками древних тектонических плит, погрузившихся в мантию миллионы лет назад. Эти фрагменты плит, состоящие из более плотных пород, чем окружающая мантия, могут создавать зоны пониженной скорости прохождения сейсмических волн.

Независимо от своего происхождения, ULVZ играют важную роль в динамике мантии. Они влияют на конвекционные потоки, распределение тепла внутри Земли и, возможно, даже на движение тектонических плит. Дальнейшие исследования ULVZ помогут ученым лучше понять эти процессы и раскрыть тайны, скрытые в глубинах нашей планеты.

ULVZ — это лишь один из множества фрагментов головоломки, которую геофизики стараются собрать, чтобы получить полную картину строения и эволюции Земли. Каждый новый фрагмент знаний, полученный в результате научных исследований, приближает нас к пониманию сложной и удивительной системы, частью которой мы являемся.