Высокодетальные изображения открывают новую эру в науках о Земле

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Университета Пердью сообщили в выпуске журнала Science от 30 марта о результатах, включающих высокодетальные изображения, которые раскрывают неожиданные подробности о внутренней структуре Земли.

Исследователи адаптировали технологию, разработанную для разведки неглубоких залежей нефти и газа, для визуализации границы ядро-мантия на глубине около 2900 километров под Центральной и Северной Америкой. Эта работа уникальна не глубиной, а своим разрешением и латеральным масштабом. Она может привести к новой эре в сейсмологии и других науках о глубоких недрах Земли. Техника, аналогичная медицинской визуализации (УЗИ, КТ), позволила получить детальные новые изображения границы между ядром и мантией Земли. Эти изображения помогают лучше понять, как и где производится внутреннее тепло Земли и как оно переносится к поверхности, давая представление о гигантском тепловом двигателе планеты.

Ученые давно предполагали, что нижняя мантия относительно однородна, но более детальные исследования указывают на большую сложность, чем ожидалось. Ведущий автор Роб ван дер Хилст, профессор наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS) и директор Лаборатории земных ресурсов MIT, отметил: "Я ожидаю, что Земля полна таких сюрпризов, и с этими новыми технологиями визуализации и наборами данных мы только начали царапать поверхность возможностей, предоставляемых современными данными".

Метод и результаты

Метод основан на анализе слабых сигналов, которые испускают глубоко распространяющиеся сейсмические волны от крупных землетрясений, каждый раз отражаясь от подземных структур на границе ядро-мантия. Используя данные тысяч землетрясений, записанных более чем на 1000 сейсмических обсерваторий, междисциплинарная команда ученых смогла детально определить структуры глубоких недр. Идея исследования родилась около пяти лет назад, когда стало возможным применить методы нефтегазовой отрасли к большим базам данных о землетрясениях.

Годы работы аспиранта MIT Пин Вана привели к возможности высокодетальной визуализации. В сотрудничестве с минералогом-физиком Dan Shim команда создала карты температуры и теплового потока на глубине около 3000 километров, используя данные в качестве своего рода "сейсмотермометра". Исследователи оценили, что температура на границе ядро-мантия в изученном регионе составляет раскаленные 3700 °C. Из-за богатого массива данных для региона между Центральной и Северной Америкой ученые использовали эту область в качестве первого применения инструментов, картировав миллионы квадратных километров под поверхностью. Они надеются применить эти методы по всему земному шару и, возможно, визуализировать еще более удаленную границу внутреннего ядра близ центра Земли.