지구물리학자들은 신비한 깊은 지진 신호를 해독합니다

지구물리학자들은 PKP 전구체라고 불리는 지진파와 지구 맨틀의 이상 현상 사이의 연관성을 발견했습니다.

새로운 연구에 따르면 수년 동안 과학자들을 혼란스럽게 만들었던 이전 PKP 지진 신호는 북미와 서태평양 깊은 곳에 위치한 극도로 낮은 속도의 지역에서 비롯된 것으로 나타났습니다. 유타 대학 연구자들의 이러한 발견은 첨단 지진 기술을 사용하여 핵-맨틀 경계까지 기원을 추적하여 이 지역을 뜨거운 화산과 같은 중요한 지질학적 특징과 연결합니다.

PKP 및 지진 퍼즐 소개

발견 이후 수십 년 동안 PKP 전구체로 알려진 지진 신호는 과학자들에게 어려운 과제였습니다. 지구의 하부 맨틀 지역은 들어오는 지진파를 산란시키며, 이 지진파는 다양한 속도로 PKP파 형태로 표면으로 돌아옵니다.

지구의 핵을 통과하는 주요 지진파가 발생하기 전에 도착하는 이전 신호의 기원은 불분명한 채로 남아 있지만, 유타 대학의 지구물리학자들이 주도한 연구에서 이 신비한 지진 에너지에 대한 새로운 빛이 밝혀졌습니다.

8월 10일에 발표된 연구에 따르면 PKP의 조상은 북아메리카와 서태평양 깊은 곳에서 퍼진 것으로 보이며 지진파가 급격히 느려지는 맨틀의 얇은 층인 “극저속대”와 연관되어 있을 수 있습니다. ~에 AGU 발전미국 지구물리학 연맹(American Geophysical Union)의 주력 저널입니다.

PKP 조상을 지질적 특징과 연결

유타 대학의 지질학 및 지구물리학 부교수인 수석 저자인 Michael Thorne은 “이것은 지구상에서 발견된 가장 극단적인 특징 중 일부입니다. 하지만 우리가 하는 한 가지 일은 있습니다. 그들은 뜨거운 화산 아래에 쌓이는 것 같습니다.” “그것은 뜨거운 화산을 일으키는 전체 맨틀 기둥의 뿌리인 것 같습니다.”

이 기둥은 옐로스톤 국립공원, 하와이 제도, 사모아, 아이슬란드, 갈라파고스 제도에서 관찰되는 화산 활동의 원인입니다.

Thorne은 “이 매우 큰 화산은 거의 같은 장소에 수억 년 동안 서 있었던 것으로 보입니다.”라고 말했습니다. 이전 연구에서 그는 또한 세계에서 가장 큰 것으로 알려진 극저속 영역 중 하나를 발견했습니다.

Thorne은 “이 지역은 사모아 섬 바로 아래에 위치하고 있으며 사모아는 가장 큰 뜨거운 화산 중 하나입니다.”라고 말했습니다.

지진파 분석의 발전

거의 한 세기 동안 지질학자들은 지진파를 이용해 지구 내부를 탐사해 왔으며, 지진파가 없었다면 불가능했을 많은 발견을 해왔습니다. 예를 들어, 유타 대학교의 다른 연구자들은 지구의 견고한 내부 핵의 구조를 특성화하고 지진파를 분석하여 그 움직임을 추적했습니다.

지진이 지구 표면을 흔들면 지진파가 맨틀(지각과 광물 핵 사이에 있는 2,900km 두께의 뜨거운 암석의 역동적인 층)을 통해 발사됩니다. Thorne의 팀은 맨틀의 물리적 구성을 변화시키는 불규칙한 지형을 통과할 때 “산란”되는 파동에 관심이 있습니다. 이러한 산란파 중 일부는 PKP의 전구체가 됩니다.

Thorne은 특히 파동이 지구의 액체 외핵을 통과하기 전과 후에 지구 맨틀을 두 번 통과하기 때문에 이러한 산란이 발생하는 위치를 정확히 파악하려고 했습니다. 맨틀을 통과하는 이중 이동으로 인해 이전 파동이 광선 경로의 소스 측에서 발생했는지 아니면 수신 측에서 발생했는지 구별하는 것이 거의 불가능해졌습니다.

지진학의 혁신적인 연구 기술

연구 조교수인 수리야 파차이(Surya Patchai)가 포함된 Thorne의 팀은 이전에 관찰되지 않았던 중요한 효과를 밝히기 위해 파형을 모델링하는 방법을 설계했습니다.

연구진은 첨단 지진 앙상블 방법과 지진 시뮬레이션을 통한 새로운 이론적 관측을 사용하여 뉴기니 주변에서 발생하고 행성을 통과한 후 북미에서 기록된 58건의 지진에 대한 데이터를 분석할 수 있었습니다.

Thorne은 “지구 표면 어느 곳에나 가상 수신기를 배치할 수 있으며 이를 통해 해당 위치에서 지진으로 인한 지진 기록이 어떻게 보이는지 알 수 있습니다.”라고 Thorne은 말했습니다. “이제 우리는 이 에너지가 어디서 나오는지 예측할 수 있습니다.”

그들의 새로운 방법을 통해 그들은 액체 금속의 외부 핵과 지구 표면 아래 2,900km에 위치한 핵-맨틀 경계로 알려진 맨틀 사이의 경계를 따라 산란이 발생한 위치를 결정할 수 있었습니다.

핵-맨틀 상호작용과 매우 낮은 암석 지역

그들의 발견은 PKP의 조상이 극도로 낮은 속도의 지역이 있는 지역에서 유래했을 수 있음을 시사합니다. Thorne은 두께가 20~40km에 불과한 이러한 층이 섭입하는 지각판이 해양 지각의 핵과 맨틀 사이의 경계와 충돌하는 곳에서 형성된다고 의심합니다.

“우리가 지금 발견한 것은 이러한 매우 낮은 속도의 영역이 열점 아래에서만 발견되는 것이 아니라 북미 아래의 핵-맨틀 경계 전체에 퍼져 있다는 것입니다.”라고 Thorne은 말했습니다. “이러한 매우 낮은 속도의 영역이 활발하게 생성되고 있는 것 같습니다. 어떻게 될지는 모르겠습니다. 하지만 섭입 근처에서 볼 수 있기 때문에 이미 대기권에 있는 것으로 생각됩니다.” 중앙 해양 현무암 “이 물질은 녹고 이것이 생성되는 방식입니다. 그런 다음 역학이 이 물질을 땅을 통해 밀어내고 결국 핫스팟 아래에 축적됩니다.”

역학은 이러한 물체를 지구를 가로질러 밀어내고 결국에는 태평양과 아프리카 아래의 구성적으로 구별되는 대륙 지형인 대규모 저속 지역의 경계에 쌓일 것이라고 Thorne은 말합니다.

“핫스팟 아래에도 축적될 수 있지만 배출이 매우 낮은 영역이 동일한 프로세스에 의해 생성되는지 여부는 불분명합니다.”라고 그는 말했습니다. 우리는 그러한 과정의 결과를 결정하기 위한 향후 연구를 기다려야 할 것입니다.

참고 자료: Michael S. Thorne, Surya Patchai, Mingming Li, Jamie Ward 및 Sebastian Rust의 “북미 및 서태평양 아래 PKP 분산의 원천으로서 극도로 낮은 속도 영역 조사: 해양 지각 섭입과의 가능한 연결”, 2024년 8월 10일, AGU 발전.
DOI: 10.1029/2024AV001265

국립과학재단(National Science Foundation)의 자금 지원을 받은 이 연구는 애리조나 주립대학교와 영국 리즈대학교의 지질학자들과 공동으로 수행되었습니다.