Совместное исследование китайских и японских ученых обнаружило свидетельства существования древних полей потоков нижней мантии под плитой Филиппинского моря, что дает новое понимание глубинной внутренней динамики Земли и широко распространенного присутствия сейсмической анизотропии в нижней мантии.
Ученые из Китая и Японии выявили уникальные особенности поля течения в нижней мантии. Изучив сейсмическую анизотропию в верхней части нижней мантии под плитой Филиппинского моря, они обнаружили, что древнее поле потоков нижней мантии все еще сохранилось там.
Исследование было опубликовано в Природа.
Нижняя мантия является важным слоем Земли и может играть важную роль в эволюции и круговороте веществ недр Земли. Обычно считается, что это не только конечный пункт назначения субдуцированных плит, но и место рождения мантийных плюмов, которые представляют собой два основных стиля эволюции и круговорота веществ на поверхности и в недрах Земли. Однако наши знания о характеристиках поля течения и геодинамике нижней мантии пока еще недостаточны.
Методология исследования и результаты
В этом исследовании исследователи выполнили томографию азимутальной анизотропии P-волн, чтобы получить изображение трехмерной анизотропной структуры коры и мантии на глубине 1600 км под PSP. Результаты томографии показывают, что направления быстрых скоростей (FVD) NS существуют на глубинах 700–900 км ниже середины ПСП. Они также наблюдали две изолированные аномалии быстрых скоростей с FVD северо-запада и юго-востока на глубинах 700–1600 км под ПСП.
Карты томографии азимутальной анизотропной скорости P-волн. Ориентация и длина черных полосок представляют направление быстрой скорости и амплитуду азимутальной анизотропии соответственно. Кредит: ИОКАС
Они обнаружили, что NS FVD на глубинах 700–900 км не связаны с субдукцией плиты, поскольку происходят вдали от современных зон субдукции. Они также не зависят от мантийного плюма, поскольку под ПСП с раннего кайнозоя не было активного мантийного плюма.
На основе предыдущего геодинамического моделирования и сейсмологических результатов исследователи пришли к выводу, что NS FVD на глубинах 700–900 км отражают остаточное поле потоков нижней мантии Тихого океана возрастом около 50 млн лет назад.
Кроме того, две изолированные аномалии быстрых скоростей согласуются с сейсмическими рассеивателями на глубинах 1000–1800 км, обнаруженными предыдущими сейсмологическими исследованиями, а их расположение в целом соответствует положению центра спрединга между плитами Идзанаги и Тихоокеанской плитой, когда этот центр спрединга находился вот-вот погрузится под Евразийскую плиту. Таким образом, предполагается, что изолированные аномалии быстрых скоростей являются остатками субдуцированной плиты Идзанаги.
Схематическая диаграмма, показывающая остатки раннего кайнозойского тихоокеанского потока нижней мантии под плитой Филиппинского моря. Белые столбцы и серые пунктирные линии обозначают остатки поля потоков нижней мантии Тихого океана возрастом около 50 и 40 млн лет соответственно. Кредит: ИОКАС
«Предполагается, что FVD северо-запада и юго-востока в двух изолированных быстрых аномалиях отражают поле потоков нижней мантии Тихого океана возрастом около 40 млн лет назад, поскольку две изолированные аномалии быстрых скоростей окружены аморфным полем мантийных потоков и не подвержены влиянию современных нижних мантийных потоков. мантийный поток», — сказал профессор Фань Цзяньке из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS), первый и соответствующий автор исследования.
«Наше исследование показывает, что сейсмическая анизотропия более распространена в нижней мантии, чем считалось ранее», — сказал профессор Фан. «Эти наблюдения также предоставляют важные и независимые сейсмические доказательства существования прошлых деформаций в нижней мантии, которые могут помочь нам лучше понять геодинамические свойства нижней мантии».
Ссылка: «Остатки смещения раннего кайнозойского тихоокеанского потока нижней мантии, изображенные под плитой Филиппинского моря», авторы Цзянке Фань, Дапенг Чжао, Цуйлинь Ли, Лицзюнь Лю и Донгдонг Донг, 12 марта 2024 г., Природа.
DOI: 10.1038/s41561-024-01404-6
Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая, Программой стратегических приоритетных исследований CAS, Японским обществом содействия науке и т. Д.