Eine Illustration des Erdkerns Rost-9D/iStock
Ein gemeinsames Forschungsprojekt aus Großbritannien hat kürzlich eine Studie über einen der am wenigsten bekannten oder am wenigsten verstandenen Teile des Erdinneren – die Kern-Mantel-Grenze – veröffentlicht. Sie konzentriert ihre Arbeit auf eine große Mantelwolke unter der hawaiianischer Archipel, sie haben einige interessante Beobachtungen über die rätselhaftesten Teile des geologischen Systems der Erde gemacht.
Die Studie wurde erstmals in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.
Mithilfe neuer Bildgebungstechniken konnte das Team einige wertvolle Einblicke in diese Zone mit extrem niedriger Geschwindigkeit gewinnen, die etwa 1.864 Meilen 3.000 km unter der Erdoberfläche liegt.
Bis jetzt wussten wir, dass dieses Gebiet existiert, weil wir seismische Wellen analysiert haben, die durch den Planeten fließen. Der Name für die Zonen kommt von wie sich seismische Wellen verlangsamen, wenn sie sie passieren.
Bisher war es schwierig, ihnen über einige körnige und schwer zu analysierende Bilder hinaus viel mehr Sinn zu geben. Diese neue Studie des Mantels unter Hawaii hat jedoch einige viel klarere und hochauflösendere Bilder hervorgebracht.
"Von allen tiefsten inneren Merkmalen der Erde sind dies die faszinierendsten und komplexesten," sagt der Geophysiker Zhi Li, von der University of Cambridge im Vereinigten Königreich und Mitwirkender an der Studie.
„Wir haben jetzt den ersten soliden Beweis, der ihre innere Struktur zeigt – es ist ein echter Meilenstein in der Seismologie der tiefen Erde“, fügte er hinzu.
Um die Bilder zu erstellen, entwickelte das Team neue Rechenmodelle, die die hochfrequenten Signale aus dem Untersuchungsgebiet verwenden, um ein verständliches Bild zu erzeugen. Mit dieser Technik war es in der Lage, einen Blick auf die Gesteinstasche im Kilometermaßstab zu erstellen, und zwar mit Auflösungen, die um Größenordnungen besser sind als die herkömmlicheherkömmliche Techniken.
Es besteht nun die Hoffnung, dass diese Technik verwendet werden kann, um die Grenze zwischen Eisen-Nickel-Kern der Erde und umgebender Mantel um einen der wichtigsten Motoren für Plattentektonik, Vulkanbildung und andere verwandte Prozesse wie Erdbeben besser zu verstehen.
Derzeit wird angenommen, dass zusätzliches Eisen in diesen ungewöhnlichen Zonen die zusätzliche Dichte erzeugen könnte, die sich in seismischen Wellenmustern zeigt. Ob richtig oder nicht, die Erforschung dieser Region hat für einige Geologen höchste Priorität.
"Es ist möglich, dass dieses eisenreiche Material ein Überbleibsel uralter Gesteine aus der Frühgeschichte der Erde ist oder sogar, dass Eisen auf unbekannte Weise aus dem Kern austritt," sagt Seismologin Sanne Cottaar , von der Universität Cambridge.
Eine mögliche Verbindung zwischen Zonen mit extrem niedriger Geschwindigkeit und vulkanischen Hotspots
Andere Wissenschaftler glauben auch, dass es eine Verbindung zwischen Zonen mit extrem niedriger Geschwindigkeit und vulkanischen Hotspots wie denen auf Hawaii und Island gibt. Eine Hypothese ist, dass diese Hotspots durch Material verursacht werden könnten, das aus dem Kern an die Oberfläche schießt, genannt "Mantel-Hotspots."
Diese neue Technik könnte auch dazu beitragen, dieses Studiengebiet zu revolutionieren. Andere können sich jetzt besser auf die Lavaergüsse konzentrieren, die sich über diesen heißen Stellen befinden, um nach Beweisen für das sogenannte "Kernlecken" zu suchen.
Während die Verwendung von seismischen Daten aus ultraniedrigen Geschwindigkeitszonen in gewisser Hinsicht dadurch eingeschränkt ist, wo Erdbeben auftreten und wo Seismographen installiert sind, ist das Team sehr daran interessiert, seine hochauflösenden Bildverbesserungen auf andere tiefe Erdteile anzuwenden.
"Wir gehen wirklich an die Grenzen des modernen Hochleistungsrechnens für elastodynamische Simulationen, indem wir unbemerkt oder ungenutzt Wellensymmetrien ausnutzen,"" sagt Datenwissenschaftler Kuangdai Leng, von der University of Oxford in Großbritannien.
Zusammenfassung:
"Der unterste Mantel direkt über der Kern-Mantel-Grenze ist sehr heterogen und enthält mehrere kaum verstandene seismische Merkmale. Die kleinsten, aber extremsten Heterogenitäten, die bisher beobachtet wurden, sind „Ultra-Low Velocity Zones“ ULVZ. Wir nutzen seismische Scherwellen, die entlang gebeugt werdenan der Kern-Mantel-Grenze, um neue Einblicke in diese rätselhaften Strukturen zu gewähren. Wir messen ein seltenes kerngebeugtes Signal, das von einem ULVZ an der Basis des hawaiianischen Mantelplumes bei beispiellos hohen Frequenzen gebrochen wird. Dieses Signal zeigt bemerkenswert längere Zeitverzögerungen bei höheren im Vergleich zuniedrigere Frequenzen, was auf eine ausgeprägte interne Variabilität innerhalb des ULVZ hinweist. Unter Verwendung der neuesten rechnerischen Fortschritte bei der 3D-Wellenformmodellierung zeigen wir hier, dass wir in der Lage sind, dieses hochfrequente Signal zu modellieren und die hochauflösende ULVZ-Struktur auf den Maßstab von Kilometern zu beschränken, zDiese neue Beobachtung deutet auf eine chemisch unterschiedliche ULVZ mit zunehmendem Eisengehalt zum Kern-Mantel-Bo hinundary, was Auswirkungen auf die frühe Evolutionsgeschichte der Erde und die Kern-Mantel-Wechselwirkung hat."