Сейсмические волны: как они распространяются?

Распространение сейсмических волн внутри Земли происходит неоднородно. Эксперименты показывают, что скорость поперечных волн (s-волн) в нижней мантии Земли на глубине от 660 до 2900 км сильно зависит от ориентации минерала ферропериклаза. В последнем выпуске журнала Science (Vol. 325, 10.04.2009) исследователи из Немецкого исследовательского центра геонаук (GFZ), Технологического института Карлсруэ, Университета Байройта и Университета штата Аризона сообщают о неожиданных свойствах этого минерала, который предположительно является вторым по распространённости в нижней мантии.

Зависимость скорости волн от направления резко возрастает при давлении около 50 ГПа, что соответствует глубине примерно 1300 км. Это вызвано изменением электронной конфигурации ионов железа в ферропериклазе. Кроме того, течение вещества в нижней мантии приводит к преимущественной ориентации минералов, что и вызывает наблюдаемую неоднородность распространения сейсмических волн. Именно это течение является движущей силой тектонических движений плит, образования гор, землетрясений и вулканической активности.

Поскольку недра нашей планеты недоступны для прямого наблюдения, учёные моделируют условия земных глубин, создавая экстремальные давления в лаборатории. В GFZ для экспериментов высокого давления используются алмазные наковальни, которые дополняются рентгеновскими дифракционными исследованиями в синхротронном центре «Diamond Light Source» в Дидкоте (Великобритания).

Эти новые данные имеют практическое значение: только зная свойства материалов, составляющих глубинные недра Земли, мы можем получить информацию о внутренних течениях из данных о неоднородном распространении сейсмических волн. Это может помочь лучше понять процессы тектоники плит.