Зоны сверхнизких скоростей (ULVZ) представляют собой пятна на границе ядро-мантия, которые имеют чрезвычайно низкие сейсмические скорости . На карту нанесены зоны диаметром в сотни километров и толщиной в десятки километров. Их скорости поперечных волн могут быть на 30% ниже, чем в окружающем материале. Состав и происхождение зон остаются неясными. Зоны, по-видимому, коррелируют с окраинами Африканских и Тихоокеанских Больших провинций с низкой скоростью сдвига (LLSVP) [1], а также с расположением горячих точек . [2] [3]
Открытие и ограничения
ULVZ обнаруживаются по задержке и рассеянию объемных волн, которые отражаются, дифрагируют или преломляются на границе ядро-мантия . Различные типы объемных волн накладывают разные ограничения на размеры или контраст скоростей ULVZ. Несмотря на то, что УМЗЗ обнаружены местами, по-прежнему сложно определить их протяженность и ограничить их плотность и скорость. Обычно существуют компромиссы между различными параметрами. В целом, однако, ULVZ имеют ширину от сотни до тысячи километров и толщину в десятки километров (хотя существующие более тонкие или меньшие ULVZ могут оказаться ниже разрешающей способности сейсмологии). Уменьшение скорости поперечной волны в них составляет от -10 до -30%, а уменьшение скорости продольной волны имеет тенденцию быть более слабым. [3] [4] [5]
Состав и происхождение
Предполагается, что ULVZ обогащены железом , частично расплавлены [6] или являются комбинацией того и другого, либо являются результатом присутствия углерода. [7] Различные сценарии были предложены для обогащения железа: железо может быть утечкой из ядра, [8] накопились за последние субдукции , [9] или быть остатками базального океана магмы . [10] И силикатный перовскит [11], и периклаз [12] (которые, как полагают, присутствуют в самой нижней мантии) показывают пониженные скорости с увеличением железа при этих давлениях и температурах.
Эксперименты с железом и водой в настоящих условиях образуют пероксид железа FeO 2 H x, который будет способствовать ULVZ. [13]
Распространение и динамика
ULVZ имеют более высокую плотность, чем их окружение, чтобы оставаться стабильными на границе ядро-мантия. В обычных условиях мантийной конвекции контраст плотности, а также количество доступного материала будут контролировать морфологию / форму ULVZ. [14] К настоящему времени найден диапазон размеров ULVZ. [15]
Расположение и форму ULVZ также можно контролировать с помощью термохимических свай (или LLSVP ). Более плотный материал ULVZ скапливается по краям этих куч. [1]
Гавайский ULVZ
Гавайский ULVZ, по-видимому, является крупнейшим ULVZ, нанесенным на карту на сегодняшний день. [4] Он расположен на границе ядро-мантия немного к западу от Гавайской горячей точки на северной границе Тихоокеанской большой провинции с низкой скоростью сдвига . По планам он будет иметь диаметр около 1000 км и высоту 20 км. Его большое соотношение сторон динамически предполагает, что он очень плотный. [14] Снижение скорости поперечной волны примерно на 20% по сравнению с окружающим материалом. Остается предположить, существует ли корреляция между этим большим ULVZ и наличием самого сильного потока горячих точек на поверхности; потенциально ULVZ может быть якорем к шлейфу всей мантии.
Самоанский ULVZ
Самоан - еще одна зона с мега-сверхнизкими скоростями, которая находится прямо под горячей точкой Самоа . [5] [16] Эта зона составляет примерно 800 на 250 км (примерно размер Флориды) и имеет высоту 10–15 км. Его материал кажется на 45% медленнее по скорости поперечной волны, на 15% медленнее по скорости волны сжатия и на 10% плотнее. Кроме того, ULVZ, по-видимому, лежит в щели Тихоокеанского LLSVP [17] (не представлен на иллюстрации), что позволяет предположить, что этот медленный материал выталкивается к центру окружающими большими грудами.
Рекомендации
- ^ а б Макнамара, Аллен К .; Гарнеро, Эдвард Дж .; Рост, Себастьян (2010). «Отслеживание глубинных мантийных резервуаров с зонами сверхнизких скоростей». Письма о Земле и планетологии . 299 (1–2): 1–9. Bibcode : 2010E и PSL.299 .... 1M . DOI : 10.1016 / j.epsl.2010.07.042 .
- ^ Чеховский Л. (1993). Происхождение горячих точек и D ”слой. В: Montag H., Reigber C. (ред.) Геодезия и физика Земли. Международная ассоциация геодезических симпозиумов, том 112.
- ^ а б Уильямс, К. (1998). «Корреляция между сверхнизкими базальными скоростями в мантии и горячих точках». Наука . 281 (5376): 546–549. Bibcode : 1998Sci ... 281..546W . DOI : 10.1126 / science.281.5376.546 .
- ^ а б Коттаар, Санне; Романович, Барбара (2012). «Необычно большой ULVZ у основания мантии около Гавайев». Письма о Земле и планетологии . 355–356: 213–222. Bibcode : 2012E и PSL.355..213C . DOI : 10.1016 / j.epsl.2012.09.005 .
- ^ а б Торн, Майкл С .; Гарнеро, Эдвард Дж .; Янке, Гуннар; Игель, Хайнер; Макнамара, Аллен К. (2013). «Зона сверхнизких скоростей и мантийный поток». Письма о Земле и планетологии . 364 : 59–67. Bibcode : 2013E и PSL.364 ... 59T . DOI : 10.1016 / j.epsl.2012.12.034 .
- ^ Уильямс, Q .; Гарнеро, EJ (1996). «Сейсмические свидетельства частичного расплава в основании мантии Земли» . Наука . 273 (5281): 1528–1530. Bibcode : 1996Sci ... 273.1528W . DOI : 10.1126 / science.273.5281.1528 .
- ^ Маркондес, М.Л .; Хусто, JF; Ассали, LVC (2016). «Карбонаты при высоких давлениях: возможные носители для глубоких резервуаров углерода в нижней мантии Земли». Physical Review B . 94 (10): 104112. Bibcode : 2016PhRvB..94j4112M . DOI : 10.1103 / PhysRevB.94.104112 .
- ^ Otsuka, K .; Карато, С. (2012). «Глубокое проникновение расплавленного железа в мантию, вызванное морфологической нестабильностью». Природа . 492 (7428): 243–246. Bibcode : 2012Natur.492..243O . DOI : 10.1038 / nature11663 . PMID 23235879 .
- ^ Добсон, Д.П .; Бродхольт, JP (2005). «Субдуцированные полосчатые железные образования как источник сверхнизких скоростей на границе ядро – мантия». Природа . 434 (7031): 371–374. Bibcode : 2005Natur.434..371D . DOI : 10,1038 / природа03430 . PMID 15772658 .
- ^ Labrosse, S .; Hernlund, JW; Колтис, Н. (2007). «Кристаллизующийся плотный океан магмы у основания мантии Земли». Природа . 450 (7171): 866–869. Bibcode : 2007Natur.450..866L . DOI : 10,1038 / природа06355 . PMID 18064010 .
- ^ Mao, WL; Мао, Гонконг; Sturhahn, W .; Zhao, J .; Пракапенко, В.Б .; Meng, Y .; Shu, J .; Fei, Y .; Хемли, Р.Дж. (2006). «Богатый железом постперовскит и происхождение зон сверхнизких скоростей». Наука . 312 (5773): 564–565. Bibcode : 2006Sci ... 312..564M . DOI : 10.1126 / science.1123442 . PMID 16645091 .
- ^ Уикс, Дж. (2013). Скорости звука и уравнение состояния богатого железом (Mg, Fe) O (Диссертация). Калифорнийский технологический институт . DOI : 10,7907 / Z94B2Z98 .
- ^ Лю, Цзинь; Ху, Цинъян; Юная Ким, Дак; У, Чжунцин; Ван, Вэньчжун; Сяо, Юймин; Чоу, Пол; Мэн, Юэ; Пракапенко, Виталий Б .; Мао, Хо-Гван; Мао, Венди Л. (2017). «Водородсодержащий пероксид железа и возникновение зон сверхнизких скоростей». Природа . 551 (7681): 494–497. Bibcode : 2017Natur.551..494L . DOI : 10.1038 / nature24461 . PMID 29168804 .
- ^ а б Бауэр, Дэн Дж .; Уикс, Джун К .; Гурнис, Майкл; Джексон, Дженнифер М. (2011). «Геодинамическая и минерально-физическая модель твердотельной зоны сверхнизких скоростей». Письма о Земле и планетологии . 303 (3–4): 193–202. Bibcode : 2011E и PSL.303..193B . DOI : 10.1016 / j.epsl.2010.12.035 .
- ^ Torsvik, Trond H .; Smethurst, Mark A .; Берк, Кевин; Штейнбергер, Бернхард (2006). «Большие магматические провинции, образовавшиеся на окраинах крупных низкоскоростных провинций в глубокой мантии». Международный геофизический журнал. 167 (3): 1447–1460. Bibcode: 2006GeoJI.167.1447T. DOI: 10.1111 / j.1365-
- ^ "Земля готовит еще один супервулкан?" . npr.org . Национальное общественное радио.
- ^ Он, Юмей; Вэнь, Ляньсин (2009). «Структурные особенности и сдвигово-скоростная структура« Тихоокеанской аномалии » » . Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 114 (B2): B02309. Bibcode : 2009JGRB..114.2309H . DOI : 10.1029 / 2008JB005814 .