Где Землю трясет сильнее всего: первая карта землетрясений в мантии
Геофизики составили первую в мире глобальную карту редкого типа землетрясений, которые происходят не в земной коре, а в мантии. Она поможет ученым лучше понять механику мантийных толчков, что, в свою очередь, прольет свет на сложные тектонические процессы в целом.
Континентальные мантийные землетрясения происходят слишком глубоко, чтобы вызывать сильные толчки на поверхности. Однако их необычная природа способна продвинуть вперед многие области наук о Земле, что может улучшить понимание рисков, связанных с обычными, мелко залегающими землетрясениями.
«Хотя мы в общих чертах понимаем, что землетрясения обычно происходят там, где высвобождается напряжение вдоль разломов, конкретные причины и основные механизмы, стоящие за каждым отдельным толчком, изучены плохо. Мантийные землетрясения открывают новый путь для исследования природы сейсмичности и внутреннего строения Земли, выходящий за рамки изучения обычных толчков в коре», — объясняет профессор Саймон Клемперер, старший автор исследования.
Выше и ниже Мохо
В отличие от холодной и хрупкой земной коры, мантия представляет собой теплый, полужидкий слой плотной породы толщиной около 2900 километров, который составляет основную часть недр нашей планеты. Граница между корой и мантией известна как поверхность Мохоровичича, или «Мохо».
На протяжении десятилетий сейсмологи и геофизики спорили, может ли вязкая мантия порождать значительную сейсмическую активность. Очаги большинства континентальных землетрясений возникают на глубине примерно 10–30 километров, то есть явно выше границы Мохо, в коре.
Известное исключение — зоны субдукции, где плотные океанические плиты погружаются под более легкие континентальные, иногда вызывая толчки с глубины в сотни километров. Иногда, однако, данные сенсоров указывают на гораздо более глубокие гипоцентры под континентальными массивами, вдали от зон субдукции, даже на 80 километров ниже Мохо.
Основываясь на накопленных данных, за последние 10 лет большинство исследователей пришло к выводу, что землетрясения действительно могут зарождаться в мантии, возможно, примерно в 100 раз реже, те, что в коре. Но их однозначная идентификация затруднена из-за нехватки данных.
Чтобы отличить одни от других, стэнфордские геофизики разработали метод сравнения двух типов сейсмических волн — Sn, или «литосферных» (сдвиговые волны, распространяющиеся по верхней части мантии), и Lg (высокочастотные колебания, легко «гуляющие» в коре). Результатами своих изысканий они поделились на страницах журнала Science.
«Наш подход — это настоящий прорыв, потому что теперь мы можем идентифицировать мантийное землетрясение, основываясь исключительно на форме сейсмических волн», — хвалится Шици (Аксель) Ван, бывший аспирант Клемперера, соавтор работы.
Редкое явление
Тщательно изучив данные сейсмических станций по всему миру и включив другую критически важную информацию, такую как толщина коры, исследователи сократили первоначальный набор из более чем 46 000 землетрясений до 459 событий, однозначно идентифицированных как континентальные мантийные землетрясения, с 1990 года.
Это консервативная оценка, подчеркивают исследователи. Значительно больше мантийных толчков, вероятно, будет зафиксировано при расширении сетей датчиков, особенно в удаленных районах, таких как Тибетское нагорье, простирающееся к северу от грандиозного поднятия Гималаев.
Вооруженные эти каталогом, авторы планируют глубже изучить особенности этих редких явлений. Некоторые из них стали, по-видимому, афтершоками землетрясений в коре, другие могли произойти из-за тепловой конвекции в самой мантии, которая поглощает погружающиеся плиты. В перспективе будет очевиднее гораздо более полная картина скрытых подземных процессов.
«Континентальные мантийные землетрясения могут быть частью внутренне взаимосвязанного сейсмического цикла, включающего как кору, так и верхнюю мантию. Мы хотим понять, как эти слои нашего мира функционируют как единая система», — заключил Ван.
