Сейсмическая анизотропия помогла изучить загадочные BLOB-структуры в глубинах мантии Земли

Исследователи улучшили понимание сейсмической анизотропии, моделируя различные версии мантии и её плюмов. На этом снимке компьютерной симуляции из их предпочтительной модели показано, как тектонические плиты погружаются в мантию в зонах субдукции, в то время как мантийные плюмы поднимаются к поверхности из глубоких BLOB-структур (больших базальных структур нижней мантии). LLSVP = провинции с низкой скоростью сдвиговых волн. Автор: Geochemistry, Geophysics, Geosystems (2025). DOI: 10.1029/2025gc012510

В некоторых частях земных недр сейсмические волны распространяются с разной скоростью в зависимости от направления их движения через слои горных пород. Это свойство известно как сейсмическая анизотропия, и оно может предоставить важную информацию о том, как силикатная порода мантии — особенно на самых больших глубинах — деформируется. В противоположность этому, области, через которые сейсмические волны проходят с одинаковой скоростью независимо от направления, считаются изотропными.

В нижних 300 километрах мантии, также известных как слой D'', анизотропия потенциально вызывается мантийными плюмами или течениями мантии, взаимодействующими с краями крупных провинций с низкой скоростью сдвиговых волн: континентальных по размеру, плотных, горячих BLOB-структур (больших базальных структур нижней мантии) в основании мантии над ядром. Многие вопросы остаются без ответа относительно вязкости, движения, стабильности и формы BLOB-структур, а также о том, как на них могут влиять мантийные плюмы и субдукция.

Опубликованное в журнале Geochemistry, Geophysics, Geosystems исследование Роя и его команды использовало ASPECT — программное обеспечение для 3D-моделирования мантийной конвекции — и ECOMAN — код для симуляции структуры мантии — для изучения глубокой мантии. Они протестировали пять различных конфигураций моделей мантии, регулируя вязкость и плотность BLOB-структур. Цель состояла в том, чтобы определить, какая конфигурация наиболее точно воспроизводит наблюдаемую сейсмическую анизотропию.

Исследователи рассматривали BLOB-структуры как области с их собственной уникальной химией, которые формируются из 100-километрового слоя в нижней части мантии. Их модели симулировали, как мантийные плюмы формировались в течение последних 250 миллионов лет, в течение которых произошли такие события, как распад Пангеи, открытие Атлантического океана и эволюция различных зон субдукции.

Исследование предполагает, что лучшее объяснение наблюдаемой сейсмической анизотропии достигается, когда BLOB-структуры на 2% плотнее и в 100 раз более вязкие, чем окружающая мантия. Это согласуется с наблюдениями паттернов анизотропии в сейсмических данных. Плюмы формируются в основном на краях BLOB-структур, где сильная деформация вызывает выраженную анизотропию.

Больше информации: Poulami Roy et al, Lowermost Mantle Flow at Thermochemical Piles Constrained by Shear Wave Anisotropy: Insights From Combined Geodynamic and Mantle Fabric Simulations at Global Scale, Geochemistry, Geophysics, Geosystems (2025). DOI: 10.1029/2025gc012510