Сейсмологи используют волны, генерируемые землетрясениями, для сканирования недр нашей планеты, подобно тому, как врачи делают снимки своих пациентов с помощью медицинской томографии. Снимки Земли помогли нам отследить глубокое происхождение вулканических островов, таких как Гавайи, и определить очаги глубоких землетрясений.
«Представьте рентгенолога, вынужденного работать с компьютерным томографом, в котором отсутствуют две трети необходимых датчиков», - сказал Фредерик Саймонс, профессор геолого-геофизических исследований в Принстоне. «Две трети - это та часть Земли, которая покрыта океанами и, следовательно, не имеет сейсмических станций регистрации. Такова ситуация, с которой сталкиваются сейсмологи, пытающиеся уточнить свои представления о внутренней части нашей планеты».
Около 15 лет назад, когда он был исследователем с докторской степенью, Саймонс стал партнером Густа Нолета, ныне почетного профессора геонаук и геологической инженерии Джорджа Дж. Маги, и они решили исправить эту ситуацию, создав подводного робота. оснащен гидрофоном - подводным микрофоном, способным улавливать звуки далеких землетрясений, волны которых доставляют акустическую энергию в океаны через океанское дно.
На этой неделе Нолет, Саймонс и международная группа исследователей опубликовали первые научные результаты революционных сейсмических поплавков, получивших название MERMAIDs - мобильная запись землетрясений в морских районах независимыми дайверами.
Исследователи из учреждений США, Франции, Эквадора и Китая обнаружили, что вулканы на Галапагосских островах питаются из источника глубиной 1 200 миль (1 900 км) через узкий канал, который поднимая горячие камни на поверхность. Такие «мантийные плюмы» были впервые предложены в 1971 году одним из отцов тектоники плит, геофизиком из Принстона У. Джейсоном Морганом, но они сопротивлялись попыткам детальной сейсмической визуализации, потому что они находятся в океанах, редко рядом с какими-либо сейсмическими станциями.
РУСАЛКИ пассивно дрейфуют, обычно на глубине 1500 метров - примерно в миле ниже поверхности моря - перемещаясь по 2-3 мили в день. Когда человек обнаруживает возможное приближающееся землетрясение, он поднимается на поверхность, обычно в течение 95 минут, чтобы определить его положение с помощью GPS и передать сейсмические данные.
Позволив своим девяти роботам свободно плавать в течение двух лет, ученые создали искусственную сеть океанических сейсмометров, которые могли бы заполнить одну из пустых областей на глобальной геологической карте, где сейсмическая информация недоступна.
Неожиданно высокая температура, которую их модель показывает в мантийном плюме Галапагосских островов, «намекает на важную роль, которую играют плюмы в механизме, позволяющем Земле сохранять тепло», - сказал Нолет.
С 19-го века, когда лорд Кельвин предсказал, что Земля должна остыть и стать мертвой планетой в течение ста миллионов лет, геофизики боролись с загадкой, что Земля сохраняла довольно постоянную температуру более 4,5 миллиардов лет. лет», - пояснил Нолет. «Это могло бы произойти только в том случае, если бы некоторая часть первоначального тепла от ее аккреции и тепла, созданного с тех пор радиоактивными минералами, могла бы оставаться запертой внутри нижней мантии. нагреваются гораздо быстрее. Эти результаты эксперимента на Галапагосских островах указывают на альтернативное объяснение: нижняя мантия вполне может сопротивляться конвекции и вместо этого доставлять тепло на поверхность только в виде мантийных плюмов, подобных тем, которые создают Галапагосские острова и Гавайи».
Чтобы ответить на вопросы о тепловом балансе Земли и роли, которую играют в нем мантийные плюмы, Саймонс и Нолет объединились с сейсмологами из Южного университета науки и технологий (SUSTech) в Шэньчжэне, Китай. и от Японского агентства морских и земных наук и технологий (JAMSTEC). Вместе с судами, предоставленными французским исследовательским флотом, они находятся в процессе запуска около 50 MERMAID в южной части Тихого океана для изучения области мантийных плюмов под островом Таити.
"Оставайтесь с нами! Впереди еще много открытий", - сказал профессор Йонгшун (Джон) Чен, выпускник Принстона 1989 года, который возглавляет отдел наук об океане и техники в SUSTech, который возглавляет следующий этап того, что они и их международная команда назвали EarthScope-Oceans.