I geofisici decifrano misteriosi segnali sismici profondi

I geofisici hanno scoperto un collegamento tra le onde sismiche chiamate precursori PKP e le anomalie nel mantello terrestre.

Un nuovo studio rivela che i precedenti segnali sismici PKP, che hanno sconcertato gli scienziati per anni, provengono da regioni a velocità estremamente bassa situate nelle profondità del Nord America e dell’Oceano Pacifico occidentale. Queste scoperte dei ricercatori dell’Università dello Utah collegano queste regioni a importanti caratteristiche geologiche come i vulcani caldi, utilizzando tecniche sismiche avanzate per far risalire le loro origini al confine tra nucleo e mantello.

Introduzione al PKP e ai puzzle sismici

Nel corso dei decenni trascorsi dalla loro scoperta, i segnali sismici noti come precursori PKP hanno rappresentato una sfida per gli scienziati. Le regioni del mantello inferiore della Terra diffondono le onde sismiche in arrivo, che ritornano in superficie sotto forma di onde PKP a diverse velocità.

L’origine dei segnali precedenti, che arrivano prima delle principali onde sismiche che viaggiano attraverso il nucleo della Terra, è rimasta poco chiara, ma la ricerca condotta dai geofisici dell’Università dello Utah ha gettato nuova luce su questa misteriosa energia sismica.

Gli antenati del PKP sembrano diffondersi da luoghi nelle profondità del Nord America e dell’Oceano Pacifico occidentale e potrebbero essere associati a “zone a velocità estremamente bassa”, strati sottili nel mantello dove le onde sismiche rallentano drasticamente, secondo una ricerca pubblicata il 10 agosto. In I progressi dell’AGUil giornale di punta dell’American Geophysical Union.

Collegamento degli antenati PKP alle caratteristiche geologiche

“Queste sono alcune delle caratteristiche più estreme mai scoperte sul pianeta”, ha detto l’autore principale Michael Thorne, professore associato di geologia e geofisica presso l’Università dello Utah. “Non sappiamo veramente cosa siano, ma una cosa la sappiamo Quello che sappiamo è che sembrano accumularsi sotto i vulcani caldi.” “Sembra che potrebbero essere la radice di interi pennacchi di mantello che danno origine a vulcani caldi.”

Questi pennacchi sono responsabili dell’attività vulcanica osservata nel Parco Nazionale di Yellowstone, nelle Isole Hawaii, a Samoa, in Islanda e nelle Isole Galapagos.

“Sembra che questi vulcani molto grandi siano rimasti per centinaia di milioni di anni più o meno nello stesso posto”, ha detto Thorne. Nel lavoro precedente, ha anche scoperto una delle più grandi regioni a bassa velocità estrema conosciute nel mondo.

“L’area si trova direttamente sotto l’isola di Samoa, e Samoa è uno dei più grandi vulcani caldi”, ha osservato Thorne.

Sviluppi nell’analisi delle onde sismiche

Per quasi un secolo, i geologi hanno utilizzato le onde sismiche per esplorare l’interno della Terra, facendo molte scoperte che altrimenti non sarebbero state possibili. Ad esempio, altri ricercatori dell’Università dello Utah hanno caratterizzato la struttura del solido nucleo interno della Terra e ne hanno seguito il movimento analizzando le onde sismiche.

Quando un terremoto scuote la superficie terrestre, le onde sismiche attraversano il mantello, lo strato dinamico di roccia calda spesso 2.900 km tra la crosta terrestre e il nucleo minerale. Il team di Thorne è interessato a quelle onde che si “disperdono” quando attraversano caratteristiche irregolari che forzano cambiamenti nella composizione fisica del mantello. Alcune di queste onde sparse diventano precursori del PKP.

Thorne ha cercato di determinare esattamente dove si verifica questa dispersione, soprattutto perché le onde viaggiano attraverso il mantello terrestre due volte, prima e dopo aver attraversato il nucleo esterno liquido della Terra. A causa di questo doppio viaggio attraverso il mantello, è diventato quasi impossibile distinguere se le onde precedenti abbiano avuto origine sul lato sorgente o ricevente del percorso del raggio.

Tecniche di ricerca innovative in sismologia

Il team di Thorne, che comprendeva il professore assistente di ricerca Surya Patchai, ha progettato un metodo per modellare le forme d’onda per rivelare effetti cruciali che non erano stati osservati prima.

Utilizzando il metodo avanzato dell’insieme dei terremoti e nuove osservazioni teoriche derivanti dalle simulazioni dei terremoti, i ricercatori sono stati in grado di analizzare i dati di 58 terremoti avvenuti intorno alla Nuova Guinea e registrati in Nord America dopo aver attraversato il pianeta.

“Posso posizionare ricevitori virtuali ovunque sulla superficie terrestre, e questo mi dice come dovrebbe apparire il sismogramma di un terremoto in quella posizione e possiamo confrontarlo con le registrazioni reali che abbiamo”, ha detto Thorne. “Ora siamo in grado di prevedere da dove proviene questa energia”.

Il loro nuovo metodo ha permesso loro di determinare dove si è verificata la dispersione lungo il confine tra il nucleo esterno del metallo liquido e il mantello, noto come confine nucleo-mantello, che si trova a 2.900 chilometri sotto la superficie terrestre.

Interazioni nucleo-mantello e aree rocciose molto basse

I loro risultati suggeriscono che gli antenati del PKP potrebbero provenire da regioni che ospitano regioni a velocità estremamente bassa. Thorne sospetta che questi strati, che sono spessi solo da 20 a 40 chilometri, si formino dove le placche tettoniche in subduzione si scontrano con il confine tra il nucleo e il mantello nella crosta oceanica.

“Quello che abbiamo scoperto ora è che queste regioni a velocità molto bassa non si trovano solo sotto i punti caldi. Sono sparse lungo tutto il confine del mantello centrale sotto il Nord America”, ha detto Thorne. “Sembra davvero che queste regioni a velocità molto bassa vengano generate attivamente. Non sappiamo come. Ma poiché le vediamo vicino alla subduzione, pensiamo che siano già nell’atmosfera.” Basalto medio-oceanico “Questo materiale si scioglie, ed è così che viene generato. Quindi la dinamica spinge questo materiale attraverso il terreno e alla fine si accumulerà sotto i punti caldi.”

Secondo Thorne, le dinamiche stanno spingendo questi oggetti attraverso la Terra e, alla fine, si accumuleranno contro i confini di grandi province a bassa velocità, che sono caratteristiche continentali compositivamente distinte sotto l’Oceano Pacifico e l’Africa.

“Potrebbe anche accumularsi sotto i punti caldi, ma non è chiaro se queste aree con emissioni molto basse siano generate dallo stesso processo”, ha affermato. Dovremo attendere la ricerca futura per determinare le conseguenze di un tale processo.

Riferimento: “Indagare sulle regioni a velocità estremamente bassa come fonte di dispersione del PKP sotto il Nord America e l’Oceano Pacifico occidentale: possibili collegamenti alla subduzione della crosta oceanica” di Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward e Sebastian Rust, 10 agosto 2024, I progressi dell’AGU.
DOI: 10.1029/2024AV001265

La ricerca, finanziata dalla National Science Foundation, è stata condotta in collaborazione con i geologi dell’Arizona State University e dell’Università di Leeds nel Regno Unito.