Nicht der Klecks. (Rost-9D/iStock/Getty Images Plus) Zum ersten Mal haben Wissenschaftler eine Zone mit extrem niedriger Geschwindigkeit genauer unter die Lupe genommen. Diese rätselhaften Gesteinstaschen liegen nahe dem Erdkern, etwa 3.000 Kilometer (1.864 Meilen) unter der Oberfläche.
In dieser Tiefe sind sie offensichtlich schwer zu untersuchen, aber wir wissen, dass sie dort sind, weil seismische Wellen durch die Erde fließen. Diese Zonen haben ihren Namen von der Art und Weise, wie seismische Wellen langsamer werden, wenn sie sie durchqueren.
Bisher waren die Bilder dieser Zonen körnig und schwer zu analysieren – aber das jetzt in einer neuen Studie veröffentlichte Bild zeigt eine Zone unter Hawaii viel detaillierter und bietet neue Einblicke in das Innenleben unseres Planeten und seiner Geschichte.
Konzeptionelle Zeichnung der Zone mit extrem niedriger Geschwindigkeit. (Li et al., Nature Communications, 2022)
„Von allen tiefen inneren Merkmalen der Erde sind diese die faszinierendsten und komplexesten“, sagt der Geophysiker Zhi Li , von der University of Cambridge im Vereinigten Königreich.
„Wir haben jetzt die ersten handfesten Beweise, die ihre innere Struktur belegen – das ist ein echter Meilenstein in der Seismologie der tiefen Erde.“
Zur Erstellung des Bildes wurden die neuesten rechnerischen Modellierungstechniken eingesetzt, die auf ein Hochfrequenzsignal angewendet wurden, das als seismische Wellen aufgezeichnet wurde, die durch die Zone mit extrem niedriger Geschwindigkeit liefen.
Es ermöglicht Experten einen kilometerweiten Blick auf die Gesteinstasche, eine Auflösungsverbesserung um Größenordnungen, wenn es darum geht, die Grenze zwischen dem Eisen-Nickel-Kern der Erde und dem ihn umgebenden Mantel zu untersuchen.
Die Strömung des heißen Mantelgesteins verursacht Erdbeben, Vulkane und andere damit verbundene Aktivitäten, und Wissenschaftler sind daran interessiert, mehr darüber zu erfahren, wie Zonen mit extrem niedriger Geschwindigkeit diese Aktivität auslösen oder beeinflussen könnten.
Es wird vermutet, dass zusätzliches Eisen in diesen ungewöhnlichen Zonen die zusätzliche Dichte erzeugen könnte, die sich in seismischen Wellenmustern zeigt – und wenn wir auf die eine oder andere Weise herausfinden, könnten wir mehr darüber erfahren, wie die Erde entstanden ist und wie ihr Kern heute funktioniert.
„Es ist möglich, dass es sich bei diesem eisenreichen Material um einen Überrest uralter Gesteine aus der Frühgeschichte der Erde handelt oder dass sogar Eisen auf unbekannte Weise aus dem Kern austritt.“ sagt die Seismologin Sanne Cottaar , von der Universität Cambridge.
Wissenschaftler haben auch einen Zusammenhang zwischen Zonen mit extrem niedriger Geschwindigkeit und vulkanischen Hotspots wie denen auf Hawaii und Island entdeckt. Eine Hypothese ist, dass diese Hotspots durch Material verursacht werden könnten, das vom Kern zur Oberfläche hochschießt.
Bessere Bilder dieser tiefen und mysteriösen Zonen sollten auch in diesem Forschungsbereich hilfreich sein, und Wissenschaftler untersuchen auch Basaltgestein an der Oberfläche in Hawaii, um nach Hinweisen auf Kernlecks zu suchen.
Die Untersuchung von Zonen mit extrem niedriger Geschwindigkeit ist in mancher Hinsicht dadurch begrenzt, wo Erdbeben auftreten und wo Seismographen installiert sind, aber das Team ist bestrebt, seine hochauflösenden Bildverbesserungen auf andere tiefe Teile der Erde anzuwenden.
„Wir gehen wirklich an die Grenzen des modernen Hochleistungsrechnens für elastodynamische Simulationen und nutzen Wellensymmetrien, die bisher unbemerkt oder ungenutzt waren“, sagt der Datenwissenschaftler Kuangdai Leng , von der Universität Oxford im Vereinigten Königreich.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .