Os geofísicos descobriram uma ligação entre as ondas sísmicas chamadas precursores do PKP e anomalias no manto terrestre.

Um novo estudo revela que os sinais sísmicos anteriores do PKP, que intrigaram os cientistas durante anos, têm origem em regiões de velocidade extremamente baixa localizadas nas profundezas da América do Norte e no oeste do Oceano Pacífico. Estas descobertas feitas por investigadores da Universidade de Utah ligam estas regiões a características geológicas importantes, como vulcões quentes, utilizando técnicas sísmicas avançadas para rastrear as suas origens até à fronteira núcleo-manto.

Introdução ao PKP e quebra-cabeças sísmicos

Ao longo das décadas desde a sua descoberta, os sinais sísmicos conhecidos como precursores do PKP têm sido um desafio para os cientistas. Regiões do manto inferior da Terra dispersam as ondas sísmicas que chegam, que retornam à superfície na forma de ondas PKP em diferentes velocidades.

A origem dos sinais anteriores, que chegam antes das principais ondas sísmicas que viajam através do núcleo da Terra, permanece obscura, mas pesquisas lideradas por geofísicos da Universidade de Utah lançaram nova luz sobre esta misteriosa energia sísmica.

Os ancestrais do PKP parecem se espalhar de lugares profundos abaixo da América do Norte e do oeste do Oceano Pacífico e podem estar associados a “zonas de extrema baixa velocidade”, camadas finas no manto onde as ondas sísmicas diminuem dramaticamente, de acordo com uma pesquisa publicada em 10 de agosto. em AGU avançao principal jornal da União Geofísica Americana.

Vinculando ancestrais do PKP a características geológicas

“Estas são algumas das características mais extremas já descobertas no planeta”, disse o principal autor Michael Thorne, professor associado de geologia e geofísica na Universidade de Utah. “Não sabemos realmente o que são, mas fazemos uma coisa. O que sabemos é que eles parecem estar se acumulando sob vulcões quentes.” “Parece que eles podem ser a raiz de plumas inteiras do manto que dão origem a vulcões quentes”.

Essas plumas são responsáveis ​​pela atividade vulcânica observada no Parque Nacional de Yellowstone, nas Ilhas Havaianas, em Samoa, na Islândia e nas Ilhas Galápagos.

“Parece que estes vulcões muito grandes existem há centenas de milhões de anos aproximadamente no mesmo lugar”, disse Thorne. Em trabalhos anteriores, ele também descobriu uma das maiores regiões conhecidas de extrema baixa velocidade no mundo.

“A área está localizada logo abaixo da ilha de Samoa, e Samoa é um dos maiores vulcões quentes”, observou Thorne.

Desenvolvimentos na análise de ondas sísmicas

Durante quase um século, os geólogos usaram ondas sísmicas para explorar o interior da Terra, fazendo muitas descobertas que de outra forma não seriam possíveis. Por exemplo, outros investigadores da Universidade de Utah caracterizaram a estrutura do núcleo interno sólido da Terra e acompanharam o seu movimento através da análise de ondas sísmicas.

Quando um terremoto sacode a superfície da Terra, ondas sísmicas atravessam o manto – a camada dinâmica de rocha quente com 2.900 km de espessura entre a crosta terrestre e o núcleo mineral. A equipe de Thorne está interessada nas ondas que se “espalham” ao passar por feições irregulares que forçam mudanças na composição física do manto. Algumas dessas ondas dispersas tornam-se precursoras do PKP.

Thorne procurou determinar exatamente onde ocorre essa dispersão, especialmente porque as ondas viajam duas vezes pelo manto da Terra, antes e depois de passarem pelo núcleo externo líquido da Terra. Devido a esta dupla viagem através do manto, tornou-se quase impossível distinguir se as ondas anteriores se originaram no lado da fonte ou no receptor do caminho do raio.

Técnicas de pesquisa inovadoras em sismologia

A equipe de Thorne, que incluía a professora assistente de pesquisa Surya Patchai, projetou um método para modelar formas de onda para revelar efeitos cruciais que não haviam sido observados antes.

Usando o método avançado de conjunto de terremotos e novas observações teóricas de simulações de terremotos, os pesquisadores conseguiram analisar dados de 58 terremotos que ocorreram ao redor da Nova Guiné e foram registrados na América do Norte depois de passarem pelo planeta.

“Posso colocar receptores virtuais em qualquer lugar da superfície da Terra, e isso me diz como deveria ser o sismograma de um terremoto naquele local. E podemos comparar isso com as gravações reais que temos”, disse Thorne. “Agora somos capazes de prever de onde vem essa energia.”

O seu novo método permitiu-lhes determinar onde ocorreu a dispersão ao longo da fronteira entre o núcleo externo do metal líquido e o manto, conhecida como fronteira núcleo-manto, que está localizada 2.900 quilómetros abaixo da superfície da Terra.

Interações núcleo-manto e áreas rochosas muito baixas

Suas descobertas sugerem que os ancestrais do PKP podem ter vindo de regiões que abrigam regiões de velocidade extremamente baixa. Thorne suspeita que estas camadas, que têm apenas 20 a 40 quilómetros de espessura, se formam onde as placas tectónicas em subducção colidem com a fronteira entre o núcleo e o manto na crosta oceânica.

“O que descobrimos agora é que estas regiões de velocidade muito baixa não são encontradas apenas abaixo dos pontos quentes. Elas estão espalhadas por toda a fronteira núcleo-manto abaixo da América do Norte”, disse Thorne. “Parece realmente que estas regiões de velocidade muito baixa estão a ser geradas ativamente. Não sabemos como. Mas porque as vemos perto da subducção, pensamos que já estão na atmosfera.” Basalto no meio do oceano “Este material derrete e é assim que é gerado. Depois, a dinâmica empurra este material através do solo e, eventualmente, acumular-se-á abaixo dos pontos quentes.”

A dinâmica está a empurrar estes objetos através da Terra e, eventualmente, irão acumular-se contra os limites de grandes províncias de baixa velocidade, que são formações continentais composicionalmente distintas abaixo do Oceano Pacífico e de África, de acordo com Thorne.

“Também pode acumular-se em pontos críticos, mas não está claro se estas áreas de emissões muito baixas são geradas pelo mesmo processo”, disse ele. Teremos que esperar por pesquisas futuras para determinar as consequências de tal processo.

Referência: “Investigando regiões de velocidade extremamente baixa como fonte de dispersão de PKP sob a América do Norte e o oeste do Oceano Pacífico: Possíveis ligações com a subducção da crosta oceânica” por Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward e Sebastian Rust, 10 de agosto de 2024, AGU avança.
DOI: 10.1029/2024AV001265

A pesquisa, financiada pela National Science Foundation, foi conduzida em colaboração com geólogos da Arizona State University e da University of Leeds, no Reino Unido.