Tidligere stykke Stillehavsgulv afbildet dybt under Kina

I en undersøgelse, der giver udtrykket "bunden ny betydning" "seismiske forskere har opdaget undersiden af ​​en stenet plade af Jordens overfladelag, eller litosfæren, der er blevet trukket mere end 400 miles under det nordøstlige Kina ved processen med tektonisk subduktion.

Studiet, udgivet af et team af kinesiske og amerikanske forskere i Naturgeovidenskab , tilbyder nyhedsbevis om, hvad der sker med vandrige oceaniske tektoniske plader, når de trækkes gennem Jordens kappe under kontinenter.

Rice University seismolog Fenglin Niu, en medkorresponderende forfatter, sagde undersøgelsen giver de første seismiske billeder i høj opløsning af de øverste og nederste grænser for en stenet, eller litosfærisk, tektonisk plade inden for et nøgleområde kendt som kappeovergangszonen, som starter omkring 410 kilometer under Jordens overflade og strækker sig til cirka 460 kilometer (660 kilometer).

"Mange undersøgelser tyder på, at pladen faktisk deformeres meget i kappeovergangszonen, at det bliver blødt, så deformeres let, "Sagde Niu. Hvor meget pladen deformerer eller bevarer sin form, er vigtig for at forklare, om og hvordan den blander sig med kappen, og hvilken slags køleeffekt den har.

Jordens kappe konvegerer som varme i en ovn. Varme fra Jordens kerne stiger gennem kappen i midten af ​​havene, hvor der dannes tektoniske plader. Derfra, varmen strømmer gennem kappen, køling, når den bevæger sig mod kontinenter, hvor det falder tilbage mod kernen for at opsamle mere varme, rejse sig og fuldføre den konvektive cirkel.

Tidligere undersøgelser har undersøgt grænserne for subdukterende plader i kappen, men få har set dybere end 200 miles (200 kilometer) og ingen med opløsningen i den nuværende undersøgelse, som brugte mere end 67, 000 målinger indsamlet fra 313 regionale seismiske stationer i det nordøstlige Kina. Det arbejde, som blev udført i samarbejde med China Earthquake Administration, blev ledet af co-tilsvarende forfatter Qi-Fu Chen fra det kinesiske videnskabsakademi.

Forskningen undersøger grundlæggende spørgsmål om de processer, der formede Jordens overflade over milliarder af år. Mantelkonvektion driver bevægelserne af Jordens tektoniske plader, stive sammenkoblede stykker af Jordens overflade, der er i konstant bevægelse, mens de flyder oven på asthenosfæren, det øverste kappe lag og den mest flydende del af den indre planet.

Hvor tektoniske plader mødes, de skubber og sliber sammen, frigiver seismisk energi. I ekstreme tilfælde, dette kan forårsage ødelæggende jordskælv og tsunamier, men de fleste seismiske bevægelser er for svage til, at mennesker kan føle uden instrumenter. Ved hjælp af seismometre, forskere kan måle størrelsen og placeringen af ​​seismiske forstyrrelser. Og fordi seismiske bølger fremskynder i nogle slags sten og langsomt i andre, forskere kan bruge dem til at skabe billeder af Jordens indre, på nogenlunde samme måde som en læge kan bruge ultralyd til at forestille sig, hvad der er inde i en patient.

Niu, professor i jorden, miljø- og planetvidenskab ved Rice, har været i spidsen for seismisk billeddannelse i mere end to årtier. Da han lavede sin ph.d. uddannelse i Japan for mere end 20 år siden, forskere brugte tætte netværk af seismiske stationer til at samle nogle af de første detaljerede billeder af de neddyppede pladegrænser på Stillehavspladen, den samme plade, der blev afbildet i undersøgelsen, der blev offentliggjort i denne uge.

"Japan ligger omtrent, hvor Stillehavspladen når omkring 100 kilometers dybde, "Sagde Niu." Der er meget vand i denne plade, og det producerer meget delvis smeltning. Det producerer buevulkaner, der hjalp med at skabe Japan. Men, vi diskuterer stadig, om dette vand er helt frigivet i den dybde. Der er stigende tegn på, at en del af vandet bliver inde i pladen for at gå meget, meget dybere. "

Nordøstlige Kina tilbyder et af de bedste udsigtspunkter for at undersøge, om dette er sandt. Regionen er omkring 1, 000 kilometer fra Japans skyttegrav, hvor stillehavspladen begynder at springe tilbage i planetens indre. I 2009, med finansiering fra National Science Foundation og andre, Niu og forskere fra University of Texas i Austin, den kinesiske jordskælvsadministration, Earthquake Research Institute ved Tokyo University og Research Center for Prediction of Jordskælv og vulkanudbrud på Japans Tohoku -universitet begyndte at installere bredbånds -seismometre i regionen.

"Vi satte 140 stationer der, og selvfølgelig, jo flere stationer jo bedre til opløsning, "Sagde Niu." Det kinesiske videnskabsakademi satte yderligere stationer, så de kan få en finere, mere detaljeret billede. "

I den nye undersøgelse, data fra stationerne afslørede både de øvre og nedre grænser for stillehavspladen, dyppe ned i en 25-graders vinkel inden for kappeovergangszonen. Placeringen inden for denne zone er vigtig for undersøgelsen af ​​kappekonvektion, fordi overgangszonen ligger under asthenosfæren, på dybder, hvor øget tryk får specifikke kappe -mineraler til at undergå dramatiske faseændringer. Disse faser af mineralerne opfører sig meget forskelligt i seismiske profiler, ligesom flydende vand og fast is opfører sig meget forskelligt, selvom de er lavet af identiske molekyler. Fordi faseændringer i kappeovergangszonen sker ved bestemte tryk og temperaturer, geoforskere kan bruge dem som et termometer til at måle temperaturen i kappen.

Niu sagde, at både toppen og bunden af ​​pladen er synlig, er et bevis på, at pladen ikke er helt blandet med den omgivende kappe. Han sagde, at varmesignaturer af delvist smeltede dele af kappen under pladen også giver indirekte bevis på, at pladen transporterede noget af sit vand ind i overgangszonen.

"Problemet er at forklare, hvordan disse varme materialer kan falde ned i den dybere del af kappen, "Sagde Niu." Det er stadig et spørgsmål. Fordi de er varme, de er flydende. "

Den opdrift skal fungere som en livredder, skubber opad på undersiden af ​​den synkende plade. Niu sagde, at svaret på dette spørgsmål kunne være, at der er vist huller i den deformerende plade, lader den varme smelte stige, mens pladen synker.

"Hvis du har et hul, smelten kommer ud, "sagde han." Derfor tror vi, at pladen kan gå dybere. "

Huller kunne også forklare udseendet af vulkaner som Changbaishan på grænsen mellem Kina og Nordkorea.

"Det er 1, 000 kilometer væk fra pladegrænsen, "Sagde Niu." Vi forstår ikke rigtigt mekanismen for denne form for vulkan. Men smeltning, der stiger fra huller i pladen, kan være en mulig forklaring. "