Планетарный МРТ: Высокое разрешение для изучения недр Земли вплоть до ядра

Сейсмические волны от землетрясений, проходя через Землю, действуют как гигантский аппарат МРТ, предоставляя данные о внутреннем строении планеты. Сейсмологи используют методы сейсмической томографии, чтобы по сигналам от сетей сейсмометров на поверхности восстановить характеристики недр. Теперь для повышения разрешения моделей они переходят от приближений лучевой теории к полному численному моделированию волновых процессов — методу, известному как полноволновая инверсия.

Этот подход позволяет избежать упрощений и построить более точные модели внутренней структуры Земли. Первая глобальная модель GLAD-M15 на основе полноволновой инверсии была создана в 2016 году международной группой под руководством Эбру Боздаг. Её преемник, GLAD-M25 (2020), уже чётче отобразил зоны субдукции, мантийные плюмы и горячие точки. На встрече Американского геофизического союза в декабре 2021 года команда представила новые модели, учитывающие аттенюацию (потерю энергии волнами) и азимутальную анизотропию (зависимость скорости волн от направления), на основе данных 300 землетрясений.

Исследования поддерживаются грантом NSF CAREER и стали возможны благодаря суперкомпьютерам Frontera (Техасский центр передовых вычислений) и Marconi100 (Cineca, Италия). Это позволяет приблизиться к континентальному разрешению в глобальных моделях, что важно для понимания мантийных плюмов, содержания воды в верхней мантии и точного определения параметров землетрясений.

Работа Боздаг также связана с миссией NASA InSight по изучению недр Марса, где применяются аналогичные методы 3D-моделирования. Для решения проблемы нехватки данных под океанами её группа интегрирует информацию от новых инструментов, таких как автономные роботы MERMAID. Кроме того, в рамках проекта SCOPED создаётся вычислительная платформа для всего сейсмологического сообщества, а инструмент SphGLLTools позволяет визуализировать и свободно обмениваться глобальными моделями.