Исследование влияния воды на затухание сейсмических волн в верхней мантии

Океаническая литосфера, верхний слой Земли под океанами, движется над более слабой астеносферой, для которой характерны высокое сейсмическое затухание и низкая скорость поперечных волн. Причины этих свойств, позволяющих тектоническим плитам двигаться, до конца не ясны. Частичное плавление у срединно-океанических хребтов не объясняет резкого падения скорости волн на границе литосферы и астеносферы (LAB) в удалённых районах.

Группа учёных из Японии под руководством профессора Такаши Ёсино из Института планетарных материалов Университета Окаямы экспериментально изучила влияние воды на сейсмические свойства пород, аналогичных астеносферным (безтитановый оливин). Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Эксперименты при давлениях 3 ГПа и температурах 1223–1373 K, имитирующих условия под старой океанической корой, показали, что вода существенно усиливает дисперсию энергии и снижает модули упругости пород в широком диапазоне частот (0.5–1000 секунд). Также наблюдался пик затухания на высоких частотах (1–5 секунд), усиливающийся с ростом содержания воды.

«Присутствие воды вызывает затухание на более высоких частотах, что приводит к снижению скорости сейсмических волн. Вода также ослабляет астеносферу, позволяя литосфере плавно над ней двигаться», — поясняет профессор Ёсино.

Эти результаты указывают, что океаническая астеносфера должна содержать воду. Разница в её содержании между литосферой и астеносферой может объяснить резкое падение скорости волн на границе LAB и постоянное затухание в астеносфере. Учёные отмечают, что их вывод предполагает пренебрежимо малое влияние железа на водородные дефекты в породах, что требует дальнейших исследований.

«Присутствие воды в астеносфере может дать важные ключи к пониманию вулканической и сейсмической активности, облегчая их прогнозирование», — добавляет профессор Ёсино. Работа вносит вклад в понимание механизмов движения тектонических плит.