Многие вулканы возникают в зонах столкновения тектонических плит, но горячие точки образуются в середине плит. Геологи предположили, что апвеллинги горячих плавучих пород поднимаются в виде шлейфов из глубины мантии Земли — слоя между корой и ядром, который составляет большую часть объема Земли — и поставляют тепло, которое питает эти вулканы средней плиты.
Но некоторые цепочки вулканов с горячими точками нелегко объяснить с помощью этой простой модели, что предполагает более сложные взаимодействия между этими горячими шлейфами и верхней мантией. Теперь с помощью компьютерного моделирования, разработанного сейсмологом Университета Мэриленда Ведраном Лекичем и его коллегами из Калифорнийского университета в Беркли, были получены новые изображения сейсмических волн, которые показывают, что на восходящие шлейфы на самом деле влияет структура структур, напоминающих пальцы. неся тепло глубоко под океаническими плитами Земли.Сейсмические волны — это волны энергии, производимые землетрясениями, взрывами и извержениями вулканов, которые могут распространяться на большие расстояния под поверхностью Земли. Когда они проходят через слои разной плотности и эластичности, их форма меняется.
Глобальная сеть сейсмографов регистрирует эти изменяющиеся формы волн. Сравнивая формы волн сотен землетрясений, зарегистрированных в разных точках мира, ученые могут сделать выводы о структурах, через которые прошли сейсмические волны.Процесс, известный как сейсмическая томография, работает во многом так же, как компьютерная томография (компьютерная томография) выявляет структуры, скрытые под поверхностью человеческого тела.
Но поскольку мы знаем гораздо меньше о структурах под поверхностью Земли, сейсмическую томографию трудно интерпретировать. «Земная кора сильно различается, и трудно представить эту вариацию, не говоря уже о структуре глубже, — сказал Лекич, доцент геологии в кампусе Колледж-Парк.До недавнего времени анализы, подобные исследованию, занимали до 19 лет компьютерного времени. Во время учебы в докторантуре со старшим автором исследования, профессором Калифорнийского университета в Беркли Барбарой Романович, Лекич разработал метод более точного моделирования данных формы волны, сохраняя при этом управляемость компьютерного времени, что привело к получению изображений с более высоким разрешением взаимодействия между слоями Земли. мантия.Уточняя этот метод, исследовательская группа во главе с аспирантом Калифорнийского университета в Беркли Скоттом Френчем обнаружила пальцеобразные каналы низкоскоростных сейсмических волн, текущие на глубину от 120 до 220 миль под морским дном и простирающиеся полосами шириной около 700 миль и 1400 миль. отдельно.
Исследователи также обнаружили тонкую, но важную разницу в скорости: на этой глубине сейсмические волны обычно распространяются примерно от 2,5 до 3 миль в секунду, но средняя скорость сейсмических волн в каналах была на 4 процента меньше. Поскольку более высокие температуры замедляют сейсмические волны, исследователи делают вывод, что каналы горячее, чем окружающий материал.«По нашим оценкам, наблюдаемое нами замедление может представлять собой повышение температуры до 200 градусов по Цельсию», или около 390 градусов по Фаренгейту, — сказал Френч, ведущий автор исследования. По словам исследователей, на этих глубинах абсолютные температуры в мантии составляют около 1300 градусов по Цельсию или 2400 градусов по Фаренгейту.
Геофизики давно предположили, что каналы, подобные тем, которые были обнаружены в компьютерной модели, существуют и взаимодействуют с шлейфами в мантии Земли, питающими горячие вулканы. Но новые изображения впервые показывают протяженность, глубину и форму этих каналов. И они также показывают, что пальцы совпадают с движением вышележащей тектонической плиты. Исследователи предполагают, что эти каналы могут сложным образом взаимодействовать как с тектоническими плитами над ними, так и с горячими шлейфами, поднимающимися снизу.
«Этот глобальный образец пальцеобразных структур, который мы наблюдаем и который ранее не был задокументирован, по-видимому, отражает взаимодействие между восходящими шлейфами и движением вышележащих плит», — сказал Лекич. «Отклонение шлейфов в эти пальцевидные каналы представляет собой промежуточный масштаб конвекции в мантии, между крупномасштабной циркуляцией, которая приводит в движение движения плит, и шлейфами меньшего масштаба, которые мы сейчас начинаем изображать».«Точная природа этих взаимодействий потребует дальнейшего изучения, — сказал Френч, — но теперь у нас есть более четкая картина, которая может помочь нам понять« водопровод »мантии Земли, ответственной за такие горячие вулканические острова, как Таити, Реюньон и Самоа».