"Погодные бомбы" позволили учёным заглянуть в недра Земли

Японские учёные использовали новый метод изучения внутренней структуры Земли и происходящих там процессов.

Фотография NASA Earth Observatory.

Разрез земного шара демонстрирует сложность пути сейсмических волн. Траектории искривлены, поскольку различные типы пород, находящиеся на разных глубинах, изменяют скорость с которой распространяется волна.

Иллюстрация SEWilco/Wikipedia/перевод "Вести.Наука".

Сейсмические волны, вызванные "погодными бомбами", могут помочь в изучении внутренней структуры Земли.

Иллюстрация Kiwamu Nishida, Ryota Takagi.

Сильные штормы, известные как "погодные бомбы", могут вызывать редкие подземные толчки глубоко внутри Земли. По предположению учёных, изучение этого явления может помочь в исследовании загадочной внутренней структуры нашей планеты, а также происходящих в ней процессов. Иными словами, такая непогода неожиданно может помочь специалистам визуализировать скрытые от человеческих глаз детали "интерьера" нашей планеты.

Но сначала немного теории. По словам специалистов, большая часть наших знаний о недрах Земли была получена в ходе изучения распространяющихся в них сейсмических волн, возникших при землетрясениях. Такие объёмные волны (body waves) бывают двух основных типов – продольная волна (Р-волна) и поперечная волна (S-волна).

Волны проносятся через Землю в виде своеобразных больших дуг (смотрите вторую иллюстрацию) прежде, чем вернуться на поверхность, где геологи могут обнаружить и измерить их. В тот момент, когда волны встречают границы в химической и физической структуре Земли (например, на линии раздела между ядром и мантией), они отражаются от них, преломляются и даже перестают двигаться в своих первоначальных направлениях. Это означает, что изучение распространения продольных и поперечных волн после землетрясения помогает исследовать внутреннее строение Земли.

Но у такой методики есть существенная проблема: разрешение "изображения" ухудшается в тех регионах, где землетрясение редкость, то есть тех, что расположены далеко от границ тектонических плит, говорит Киваму Нисида (Kiwamu Nishida) из Университета Токио.

В этом случае, по мнению Нисиды, могут прийти на помощь сильнейшие штормы в океане. Атмосферное давление может быстро падать во время таких событий, создавая настолько сильные океанические волны, что небольшая часть их энергии достигает морского дна и генерирует в породах слабые p-волны и s-волны – будто произошло очень слабое землетрясение.

Ранее геологи фиксировали p-волны, вызванные штормами в океане. Теперь же Нисида и его коллега Рёта Такаги (Ryota Takagi) из Университета Тохоку впервые смогли обнаружить гораздо более слабые s-волны.

Разрез земного шара демонстрирует сложность пути сейсмических волн. Траектории искривлены, поскольку различные типы пород, находящиеся на разных глубинах, изменяют скорость с которой распространяется волна.

Учёные сосредоточились на исследовании особенно сильного шторма, известного как "погодная бомба" (weather bomb), который произошел в Северной Атлантике в районе Гренландии в декабре 2014 года. Их сеть сейсмометров в Японии обнаружила p-волны, вызванные этим событием, а также сигнал s-волн.

Исследователям удалось уловить этот сигнал, поскольку их сеть содержит большое количество сейсмометров (200 штук) в сравнительно небольшом районе Тюгоку в Япони. "Важным фактором обнаружения сигнала стало большое количество станций", — отмечает Нисида.

Одновременная фиксация двух типов волны, вызванных "погодной бомбой", даёт возможность создать картину структуры Земли непосредственно под атлантическим штормом причём в высоком разрешении. Впоследствии она может помочь учёным вычислить точную глубину пограничного слоя между верхней и нижней мантией в этом регионе.

По мнению японских специалистов, вполне возможно, что такое исследование может в конечном счёте помочь выявить неровности в важных пограничных слоях. Эти данные, в свою очередь, могут повлиять на представление учёных о конвекции в мантии и движении тектонических плит. Хотя Нисида подчёркивает, что на сегодня их выводы являются всего лишь предположениями.

Сейсмические волны, вызванные "погодными бомбами", могут помочь в изучении внутренней структуры Земли.

Петер Джерстофт (Peter Gerstoft) из Калифорнийского университета в Сан-Диего говорит, что создание изображений с помощью даже слабых сейсмических волн от шторма вполне возможно. "Наличие сразу p-волн и s-волн даёт больше информации", — добавляет он.

Сильные штормы (наподобие "погодных бомб") происходят не чаще, чем землетрясения, говорит Нисида, но в отличие от последних они могут произойти почти в любой точке океана. "А значит, они могут стать дополнительным источником для визуализации внутренней структуру Земли", — добавляет учёный.

Геолог отмечает, что многие страны начинают устанавливать и использовать чувствительные сети сейсмометров, необходимые для обнаружения слабых волн, например, таких, которые вызваны штормом.

Джерстофт также напоминает, что исследователи уже находят пути, чтобы использовать внешний сейсмический шум, например, вибрацию Земли, вызванную океаническими волнами или даже тяжёлыми автомобилями. Цель всё та же – создание изображений внутренней структуры Земли. "Геофизики всегда ищут больше данных", — говорит он.

Полный текст исследования опубликован в журнале Science.