Einer der dichten und heißen Punkte in den Tiefen der Erde wurde mit neuer Bildgebung enthüllt

Zum ersten Mal haben Wissenschaftler einen Bereich mit extrem niedriger Geschwindigkeit genau unter die Lupe genommen. Diese mysteriösen Gesteinstaschen liegen in der Nähe des Erdkerns, etwa 3.000 Kilometer (1.864 Meilen) unter der Oberfläche.

Es ist offensichtlich schwierig, in dieser Tiefe zu studieren, aber wir wissen, dass sie existieren, weil seismische Wellen durch die Erde fließen. Diese Regionen haben ihren Namen von der Art und Weise, wie sich seismische Wellen verlangsamen, wenn sie sie passieren.

Bisher waren Bilder dieser Regionen unscharf und schwer zu analysieren – aber das jetzt in einer neuen Studie veröffentlichte Bild zeigt die Region unterhalb von Hawaii detaillierter und bietet neue Einblicke in das Innenleben unseres Planeten und seine Geschichte.

Konzeptzeichnung des Bereichs mit ultraniedriger Geschwindigkeit. (Li et al., Nature Communications, 2022)

„Von allen Merkmalen im tiefen Inneren der Erde sind dies die bemerkenswertesten und komplexesten“, sagt der Geophysiker Zhi Li von der University of Cambridge im Vereinigten Königreich.

“Wir haben jetzt den ersten soliden Beweis, der seine innere Struktur zeigt – es ist ein wahrer Meilenstein in der Tiefenseismologie.”

Um das Bild zu erzeugen, wurden modernste Computermodellierungstechniken verwendet, die auf ein Hochfrequenzsignal angewendet werden, das aufgezeichnet wurde, als seismische Wellen durch den Bereich mit ultraniedriger Geschwindigkeit plätscherten.

Es gibt Experten einen kilometerlangen Blick auf die felsige Enklave und verbessert die Genauigkeit um Größenordnungen, wenn es darum geht, die Grenzen zwischen dem Eisen-Nickel-Kern der Erde und dem umhüllenden Mantel zu untersuchen.

Der Fluss von heißem Mantelgestein verursacht Erdbeben, Vulkane und andere damit zusammenhängende Aktivitäten, und Wissenschaftler sind daran interessiert, mehr darüber zu erfahren, wie Regionen mit sehr geringer Geschwindigkeit diese Aktivität auslösen oder beeinflussen.

Es wird angenommen, dass das zusätzliche Eisen in diesen ungewöhnlichen Regionen die zusätzliche Intensität erzeugen könnte, die in seismischen Wellenmustern erscheint – und die Entdeckung des einen oder anderen Weges könnte uns mehr darüber sagen, wie die Erde entstand und wie ihr Kern heute funktioniert.

„Es ist möglich, dass dieses eisenreiche Material von alten Gesteinsresten aus der frühen Erdgeschichte stammt oder dass Eisen auf unbekannte Weise aus dem Kern ausgetreten ist“, sagt der Seismologe Sani Kotar von der University of Cambridge.

Wissenschaftler haben auch eine Verbindung zwischen Gebieten mit extrem niedriger Geschwindigkeit und vulkanischen Hotspots wie denen auf Hawaii und Island entdeckt. Eine Hypothese ist, dass diese Hot Spots durch Material verursacht werden, das aus dem Kern an die Oberfläche aufsteigt.

Bessere Bilder dieser tiefen und geheimnisvollen Regionen sollten auch diesem Forschungsbereich helfen, und Wissenschaftler untersuchen auch Basaltgestein an der Oberfläche in Hawaii, um nach Beweisen für das Versickern von Kernen zu suchen.

Die Untersuchung der Regionen mit extrem niedriger Geschwindigkeit ist in gewisser Weise dadurch eingeschränkt, wo Erdbeben auftreten und wo Seismographen installiert sind, aber das Team ist sehr daran interessiert, die hochauflösenden Bildverbesserungen auf andere tiefe Erdteile anzuwenden.

„Wir erweitern bereits die Grenzen des modernen Hochleistungsrechnens für die Simulation von Fluiddynamiken, indem wir uns Wellensymmetrien zunutze machen, die zuvor unbemerkt geblieben sind oder nicht genutzt wurden“, sagt der Datenwissenschaftler Kuangdai Leng von der Universität Oxford im Vereinigten Königreich.

Die Suche wurde veröffentlicht in Naturkommunikation.

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