Земля нашептала про недра

Как можно изучать земные недра на глубинах до 660 км, не обращая внимания на землетрясения

Земные недра на глубинах до 660 км теперь можно изучать, не обращая внимания на землетрясения. Французские геофизики смогли «дотянуться» до самых глубин земной мантии, используя информацию, содержащуюся в фоновом сейсмическом шуме.

До сих пор именно землетрясения были единственным, но очень неполным источником информации о глубинной структуре земного шара: две или несколько сейсмостанций фиксировали время прихода сейсмических волн, а потом математически высчитывалось, на каких глубинах и от чего эти волны отразились. Однако разрешающая способность таких методов довольно низка из-за того, что такие волны распространяются в основном внутри тектонических плит, при этом огромные пространства под ними остаются сейсмически спокойными. В последнем номере журнала Science группа французских геофизиков из Университета Гренобля рассказала о том, как им удалось добраться до самых глубин земной мантии, используя информацию, содержащуюся в сейсмическом фоновом шуме.

Сейсмический фоновый шум — это следствие различных воздействий на земную поверхность, таких как изменения в атмосферном давлении, океанские волны, дожди, ветра и даже некоторые виды человеческой деятельности, хотя главную роль здесь играют океанские волны.

По сравнению с сейсмическими волнами, которые вызываются землетрясениями, это слабый «шепот», который может проникать куда глубже, чем «гром» тектонических катаклизмов.

Фоновые «объемные» волны с периодом менее 30 секунд, входящие в состав этого шума, несут информацию о составе скальных пород, через которые они проходят, температуре, давлении, они многое могут рассказать о геологии земной мантии. Правда, до сих пор это сделать не удавалось.

Секрет успеха команды из Гренобля в высокой плотности задействованных сейсмостанций. До сих пор сейсмический фон хорошо работал только на первых километрах под земной поверхностью, но при этом использовалась информация от небольшого количества станций, в основном двух. Французские геофизики поставили эксперимент с размахом: они наблюдали прохождение фоновых объемных волн сразу на 42 сейсмостанциях, расположенных на севере Финляндии. При обработке информации они определили корреляцию (статистическую взаимосвязь) шумовых сигналов, получаемых каждой станцией, между собой. Отсюда они узнали информацию о прохождении сейсмических волн.

Главная математическая сложность заключалась в том, чтобы выделить из фона объемные волны, что далеко не всегда получалось в предыдущих исследованиях.

Группе из Гренобля это удалось, и в результате они проникли «сейсмическим взглядом» на глубины 410 и 660 километров, где под Финляндией расположены верхняя и нижняя границы переходной зоны земной мантии — от этих границ объемные волны отражались, о чем они и «рассказали» сети сейсмических станций. Удалось также вычислить толщину этих границ — 15 километров для верхней и 4 километра для нижней.

Собственно, ничего нового о внутренней структуре Земли ученые не узнали — их данные о верхней границе переходной зоны мантии лишь подтвердили уже имевшиеся ранее результаты.

Главной целью исследования была демонстрация возможностей нового метода.

Самое интересное, как утверждают исследователи, впереди: фоновые объемные волны, при всей свой слабости и незаметности, пронизывают собой весь земной шар. Поэтому, увеличивая плотность сети сейсмостанций и модифицируя математическую обработку корреляций так, чтобы четче слышать сейсмический «шепот», можно, по мнению исследователей, добраться и до границы мантии с ядром на глубине около 2900 километров, а там уже можно ожидать сюрпризов.