Ученые из Стэнфордского университета совершили значимый прорыв в геофизике, составив первую в мире подробную карту необычного типа землетрясений. Эти сейсмические события зарождаются не в земной коре, как это происходит обычно, а гораздо глубже — в мантии Земли. Мантия представляет собой слой, расположенный между тонкой внешней корой планеты и ее расплавленным ядром. Благодаря новой карте исследователи получили инструмент, позволяющий лучше понять природу этих редких явлений и силы, управляющие подземными толчками.
Как сообщает авторитетном журнал Science, материковые мантийные землетрясения происходят по всему миру, но имеют четкие зоны концентрации. Крупные скопления таких очагов были обнаружены под Гималаями в Южной Азии, а также в районе Берингова пролива между Азией и Северной Америкой, к югу от Полярного круга. Изучение этих глубинных процессов может дать ценную информацию о границе между корой и мантией, а также о поведении верхней мантии, которая является источником вулканической магмы.
Структура Земли и граница Мохо
Земная кора является относительно холодной и хрупкой, тогда как мантия под ней более теплая и состоит из плотных полутвердых пород. Мантия составляет большую часть внутреннего объема планеты и имеет толщину около 2900 километров. Разделительная линия между корой и мантией называется поверхностью Мохоровичича, или сокращенно «Мохо». Долгое время специалисты сомневались, способна ли мантия, которая ведет себя скорее как медленно текущее твердое тело, генерировать землетрясения.
Большинство землетрясений на континентах начинаются на глубине от 10 до 30 километров, что располагает их значительно выше линии Мохо, внутри коры. Исключением являются зоны субдукции, где тяжелые океанические плиты погружаются под легкие континентальные, вызывая толчки на глубине сотен километров. Однако приборы фиксировали сейсмическую активность глубоко под континентами вдали от таких зон. Эти гипоцентры находились на 80 километров ниже линии Мохо, что вызывало вопросы о механике процессов внутри самой мантии.
Новый метод обнаружения
За последнее десятилетие накопилось достаточно доказательств того, что небольшое число землетрясений действительно происходит в мантии. Эти события случаются примерно в 100 раз реже, чем обычные толчки в коре. Ранее подтвердить, что конкретное землетрясение возникло именно в мантии, было сложно из-за неполноты данных. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали методику сравнения двух различных типов сейсмических волн, которые проходят сквозь планету подобно вибрации колокола.
Первый тип — это волны Sn, которые движутся вдоль верхней части мантии. Второй тип, называемый волнами Lg, представляет собой высокочастотные колебания, эффективно распространяющиеся через кору. Измеряя относительную силу этих двух типов волн, ученые научились определять глубину зарождения толчка. Ведущий автор исследования отметил: «Наш подход полностью меняет правила игры, потому что теперь можно идентифицировать мантийное землетрясение исключительно на основе волновых форм».
Редкие, но важные события
Команда проанализировала записи сейсмических станций по всему земному шару, учитывая толщину коры в разных регионах. Начав с базы данных, содержащей более 46000 записей, они выделили 459 подтвержденных материковых мантийных землетрясений, произошедших с 1990 года. Ученые предупреждают, что это число, вероятно, занижено. Расширение сетей мониторинга, особенно в таких отдаленных районах, как Тибетское нагорье, могло бы выявить гораздо больше подобных событий.
Теперь, имея каталог подтвержденных мантийных землетрясений и надежный способ их идентификации, специалисты планируют выяснить причины их возникновения. Некоторые из них могут быть афтершоками, вызванными волнами от обычных землетрясений в коре. Другие могут возникать из-за тепловой конвекции внутри мантии. По словам авторов работы: «Материковые мантийные землетрясения могут быть частью внутренне взаимосвязанного сейсмического цикла, затрагивающего как кору, так и верхнюю мантию».
