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Mysteriöse Bereiche im tiefen Erdmantel, in denen sich seismische Wellen nur langsam bewegen, könnten tatsächlich überall gefunden werden, so eine neue Studie.
Wissenschaftler wussten bereits, dass Zonen mit sehr niedriger Geschwindigkeit (ULVZs) in der Nähe von Hot Spots liegen, also Regionen des Erdmantels, in denen sich heißes Gestein nach oben bewegt und Ketten vulkanischer Inseln wie Hawaii bildet. Doch mysteriöse seismische Wellen deuten darauf hin, dass diese Merkmale weit verbreitet sein könnten.
ULVZs, die sich im unteren Mantel nahe der Kern-Mantel-Grenze befinden, können seismische Wellen um bis zu 50 % verlangsamen. Das ist bemerkenswert, sagte Michael Thorne, Geologe und Geophysiker an der University of Utah.
„Dies ist eines der extremsten Merkmale, die wir im Inneren des Planeten sehen können“, sagte Thorne gegenüber WordsSideKick.com. „Und wir wissen nicht, was sie sind, woher sie kommen, woraus sie gemacht sind, [or] welche Rolle sie im Inneren der Erde spielen“.
Thorne dachte nicht an ULVZs, als er mit seiner neuen Forschung begann, die am 10. August in der Zeitschrift AGU Advances veröffentlicht wurde. Vielmehr war er von einem anderen Geheimnis des Erdmantels fasziniert. Sehr große Erdbeben, wie sie beispielsweise in Subduktionszonen auftreten, in denen eine tektonische Platte unter eine andere gleitet, lösen starke Wellen aus. Einige dieser sogenannten PKP-Wellen durchqueren den Mantel, den flüssigen äußeren Kern, dann erneut den Mantel und bewegen sich auf die gegenüberliegende Seite des Planeten, von der sie kamen. Diesen Wellen geht manchmal eine andere Art seltsamer Welle voraus, die als Vorläufer-PKP-Welle bezeichnet wird.
Vorläufer-PKP-Wellen treffen vor der Hauptwelle ein, nachdem sie von mysteriösen Strukturen im unteren Erdmantel gestreut wurden. Um diese Strukturen zu identifizieren, modellierten Thorne und seine Kollegen PKP-Wellen, die sich durch ein Computermodell des Erdmantels ausbreiten, und fügten dabei Bereiche hinzu, die die Geschwindigkeit der Wellen veränderten. Sie fanden vorhersehbare Muster in der Geschwindigkeitsvariation der PKP-Wellen.
Daher suchte das Team nach ähnlichen Mustern in realen Erdbebendaten. Die Forscher verwendeten Daten von 58 tiefen Erdbeben mit einer Stärke von mehr als 5,8, die sich zwischen 2008 und 2022 in der Nähe von Neuguinea ereigneten. Die Wellen dieser Erdbeben gingen durch den Kern und bis nach Nordamerika, wo sie von EarthScope aufgezeichnet wurden, einem Projekt, das tragbare seismische Monitore einsetzte in den Vereinigten Staaten zwischen 2003 und 2018.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass etwas seismische Wellen erheblich verlangsamt, um ihre Energie zu zerstreuen, sagte Thorne. Die beiden wahrscheinlichen Kandidaten sind Täler und Grate entlang der Kern-Mantel-Grenze, wo sich Wellen ausbreiten, oder ULVZ. Es wird angenommen, dass die Kern-Mantel-Grenze unter dem Westpazifik, wo die Wellen vorbeizogen, glatt ist. Frühere Untersuchungen fanden jedoch eine große ULVZ unterhalb des Westpazifiks, östlich der Philippinen, die das Untersuchungsgebiet überlappt.
Auch anderswo fanden die Forscher Spuren von ULVZ. Die Studie fand kleinere Gebiete mit scheinbar mehr ULVZs unter Nordamerika. Andere Untersuchungen hätten auch Anzeichen von ULVZ unter Nordafrika, Ostasien, Papua-Neuguinea und dem pazifischen Nordwesten gefunden, sagte Thorne.
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Einige Forscher haben spekuliert, dass ULVZs die Überreste riesiger Impaktoren aus den frühen Stadien des Meteoritenbeschusses auf der Erde sein könnten. Wenn ULVZs jedoch weit verbreitet sind, deutet dies darauf hin, dass sie heute aktiv erzeugt werden, sagte Thorne. Er vermutet, dass es sich bei diesen Gebieten um Gebiete mit vulkanischem Basalt handeln könnte, die sich auf mittelozeanischen Rücken gebildet haben, wo sich der Meeresboden ausbreitet. Wenn dieser mittelozeanische Basalt schließlich durch Subduktion in den Erdmantel gezogen wird, schmilzt er leicht und könnte Taschen bilden, in denen seismische Wellen langsamer werden. Diese Taschen könnten dann von anderen abtauchenden Krustenplatten um den Erdmantel herumgeschoben werden, die wie Stäbchen in einem Smoothie in das Erdinnere sinken.
Ein besseres Verständnis dieser ULVZs könnte es Geologen ermöglichen, vulkanische Hotspots und die Bewegung des Mantels besser zu verstehen.
„Es gibt viele offene Fragen, auf die wir noch keine Antworten haben“, sagte Thorne.