Геофизики объяснили загадочное ускорение сейсмических волн в недрах Земли

Более полувека ученые не могли объяснить странное поведение сейсмических волн в недрах Земли. В расположенном примерно в 2700 км под поверхностью слое D″ скорость волн внезапно возрастает, как будто они проходят через совершенно иную среду. Геофизики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха нашли объяснение для этого явления.

Еще в 2004 году было установлено, что под экстремальными давлениями и температурами основной минерал нижней мантии, перовскит, переходит в другую кристаллическую форму — постперовскит. Тогда ученые решили, что это изменение объясняет ускорение волн, но моделирование показало, что одного изменения фазы минерала недостаточно.

Расположение слоя D в нижней мантии, в котором перовскит меняется на постперовскит. Изображение: ETH Zurich

Новое компьютерное моделирование показало, что твердость минерала меняется в зависимости от направления кристаллов постперовскита. Если они выстроены упорядоченно в одном направлении, сейсмические волны распространяются значительно быстрее — как и наблюдается в слое D″.

Чтобы подтвердить гипотезу, ученые воссоздали условия нижней мантии в лаборатории. Они измерили скорость прохождения волн через образцы и показали: при нужном давлении и температуре кристаллы действительно ориентируются в одном направлении и это вызывает ускорение волн.

Без слоя D постперовскитные кристаллы выстроились бы хаотично (слева). Конвекционный поток в мантии под слоем D выстраивает все кристаллы в одном направлении. Изображение: M. Murakami, edited by E. Loetscher, ETH Zurich

Причиной такой ориентации, по мнению исследователей, служит медленное горизонтальное течение твердых пород мантии. Подобно воде, циркулирующей при кипении, твердая, но пластичная порода движется вдоль границы мантии и ядра. Это течение выравнивает кристаллы постперовскита и создает условия для быстрого прохождения сейсмических волн.

Источник: hightech.fm