Тайна глубоких недр: ученые доказали, что землетрясения в мантии Земли — обычное дело

Землетрясения, которые сотрясают средний слой Земли, могут быть гораздо более распространенным явлением, чем считали ученые.

Новая карта этих загадочных глубоких землетрясений показывает, что они происходят по всему миру и могут иметь множество различных причин. Это интересно, заявил соавтор исследования Саймон Клемперер, геофизик из Стэнфордского университета, поскольку раньше считалось, что мантийные землетрясения невозможны или, по крайней мере, редки. Эти подземные толчки зарождаются ниже границы, известной как граница Мохоровичича, или «Мохо» — линия раздела между хрупкой земной корой и более горячей, вязкой мантией.

«Мы считаем, что это убедительно доказывает существование землетрясений ниже уровня Мохо во многих регионах мира, — рассказал Клемперер Live Science. — Это не какие-то особые места. Вероятно, это повсеместно».

Большинство землетрясений начинаются в земной коре, которая подобна слою карамелизированного сахара на более мягкой и податливой сливочной начинке — мантии. Эта хрупкая кора не может деформироваться, поэтому под давлением она трескается, заставляя землю двигаться и дрожать. Долгое время геоученые считали, что этого не может происходить в мантии, которая имеет текстуру ириски и скорее сочится, чем ломается. Но с годами сейсмологи, изучающие землетрясения, нашли доказательства существования толчков, зарождающихся на глубине более 35 километров, что помещает их ниже границы Мохо.

Однако точно определить местоположение таких толчков сложно, особенно если они не сильные. В целом эти землетрясения настолько глубоки, что их невозможно почувствовать на поверхности, независимо от их магнитуды. Глубина Мохо также варьируется от места к месту, поэтому возможно, что некоторые очень глубокие толчки все еще происходят в коре.

Традиционные методы определения мантийных землетрясений требовали точного понимания толщины коры в конкретном месте. Но Клемперер и его соавтор, докторант Стэнфорда Шици Ван, разработали метод, который использует особые типы сейсмических поперечных волн, имеющих тенденцию задерживаться либо в коре, либо в мантии. Характер этих волн при каждом отдельном землетрясении может определить, началось ли оно выше или ниже границы Мохо.

Сначала они протестировали метод в Тибете в 2021 году. Теперь, в новой статье, опубликованной 5 февраля в журнале Science, они сделали свое исследование глобальным. Исследователи исключили зоны субдукции, где часто происходят глубокие землетрясения из-за того, что породы коры в этих регионах сталкиваются в мантию. Вместо этого команда сосредоточилась на более трудноуловимом феномене — мантийных землетрясениях под континентами.

Они обнаружили мантийные толчки по всему миру. Плотная полоса тянется от Альп до Гималаев, что, вероятно, связано с горообразовательными процессами столкновения континентов в этих регионах. Другой кластер находится в Восточной Африке, где континентальная кора разрывается на части. Исследователи также обнаружили мантийные землетрясения на западе США и в канадском заливе Баффина.

Некоторые из мест расположения кластеров оказались неожиданными. «Были регионы, где никто раньше их не находил, например, в Беринговом море», — рассказала Live Science Вера Шульте-Пелькум, геолог из Университета Колорадо в Боулдере, не участвовавшая в исследовании. «Я бы с удовольствием получила интерактивную версию этой карты, чтобы подробно ее изучить».

Клемперер отмечает, что глобальный обзор позволит другим ученым проводить более конкретные исследования отдельных мантийных толчков и, возможно, точнее определять их глубину и механизмы, вызывающие эти землетрясения.

«Это невероятно захватывающе — иметь этот инструмент, который теперь можно применять на совершенно рутинной основе», — сказал он.

Теперь, когда наличие «мантийных землетрясений» подтверждено глобально, перед наукой встают новые вопросы. Если раньше считалось, что на такой глубине порода слишком пластична для разломов, то новые данные заставляют пересмотреть физику процессов в недрах планеты.

Что именно заставляет мантию «трещать по швам»? Среди гипотез ученых — резкие перепады давления, накопление напряжений в зонах столкновения литосферных плит, а также фазовые переходы минералов, которые могут приводить к резкому сжатию или расширению горных пород. Изучение этих глубоких толчков не только раскрывает тайны сейсмологии, но и помогает геологам лучше понимать процессы формирования гор и континентов, которые скрыты от глаз километрами горных пород. Карта, созданная Клемперером и Ваном, станет для будущих исследователей настоящим путеводителем по этому неизведанному миру под нашими ногами.