Направленность упругости кристаллов дает объяснение переменному сейсмическому характеру недр Земли

Сейсмические исследования позволили геологам картировать внутреннюю структуру Земли. Однако некоторые наблюдения остаются загадочными, например, неожиданная пространственная изменчивость скорости сейсмических волн в тонком слое D′′ на границе между ядром и мантией. Альфред Барон из лаборатории динамики материалов центра RIKEN SPring-8, Акира Йонеда из Университета Окаямы и их коллеги выяснили, что эти наблюдения можно объяснить структурой и ориентацией микрокристаллов, составляющих этот слой.

Слой D′′ в основном состоит из микрокристаллов силиката магния (MgSiO₃) со структурой пост-перовскита (pPv). Сейсмологические исследования показали, что в этом слое под окраиной Тихого океана горизонтальные поперечные волны распространяются быстрее вертикальных. Однако под центральной частью Тихого океана относительные скорости отличаются, а под Атлантическим океаном становятся равными. Измерения скорости звука в кристаллах pPv-кальция иридата (CaIrO₃), проведенные методом неупругого рассеяния рентгеновских лучей (IXS), показали, что упругость структуры pPv сильно зависит от направления. Это говорит о том, что разные скорости поперечных волн в слое D′′ вызваны региональными различиями в преобладающей ориентации микрокристаллов.

Для объяснения наблюдаемых вариаций исследователи предполагают, что когда плита материала опускается под тихоокеанскую окраину, она преобразуется в pPv-MgSiO₃ с кристаллографической ориентацией, позволяющей горизонтальным волнам двигаться быстрее вертикальных. По мере движения плиты под центральную часть Тихого океана она деформируется, что приводит к изменению ориентации кристаллов и, соответственно, относительных сейсмических скоростей.