Forscher aus China und Japan haben unterschiedliche Merkmale des Strömungsfeldes im unteren Erdmantel entdeckt. Sie untersuchten die seismische Anisotropie im oberen Teil des unteren Erdmantels unter der Philippinischen Meeresplatte (PSP) und fanden heraus, dass das alte Strömungsfeld des unteren Erdmantels dort noch erhalten ist.
Die Studie ist veröffentlicht in Naturgeowissenschaften.
Der untere Mantel ist eine wichtige Schicht der Erde und könnte eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und dem Materialkreislauf im Erdinneren spielen. Man geht allgemein davon aus, dass es sich nicht nur um den endgültigen Bestimmungsort subduzierter Erdplatten handelt, sondern auch um den Geburtsort der Mantelplumes, zwei Hauptstile in der Entwicklung und dem Stoffkreislauf der Erdoberfläche und des Erdinneren. Unser Wissen über die Eigenschaften des Strömungsfeldes und die Geodynamik des unteren Erdmantels ist jedoch noch mangelhaft.
In dieser Studie führten die Forscher eine azimutale P-Wellen-Anisotropie-Tomographie durch, um die 3D-anisotrope Struktur der Kruste und des Mantels bis zu einer Tiefe von 1.600 km unter dem PSP abzubilden. Die tomografischen Ergebnisse zeigen, dass NS-Schnellgeschwindigkeitsrichtungen (FVDs) in Tiefen von 700–900 km unterhalb des mittleren PSP existieren. Sie beobachteten auch zwei isolierte schnelle Geschwindigkeitsanomalien mit NW-SO-FVDs in Tiefen von 700–1.600 km unter dem PSP.
Sie fanden heraus, dass die NS-FVDs in Tiefen von 700–900 km nicht mit der Plattensubduktion zusammenhängen, da sie außerhalb der gegenwärtigen Subduktionszonen auftreten. Sie sind auch unabhängig von einem Mantelplume, da es seit dem frühen Känozoikum keinen aktiven Mantelplume unter dem PSP mehr gab.
Basierend auf früheren geodynamischen Simulationen und seismologischen Ergebnissen folgerten die Forscher, dass die NS-FVDs in Tiefen von 700–900 km das verbleibende Strömungsfeld im unteren Mantel des Pazifiks vor etwa 50 Millionen Jahren widerspiegeln.
Darüber hinaus stimmen die beiden isolierten Anomalien hoher Geschwindigkeit mit seismischen Streuern in Tiefen von 1.000–1.800 km überein, die in früheren seismologischen Studien entdeckt wurden, und ihre Standorte stimmen im Allgemeinen mit denen des Ausbreitungszentrums zwischen der Izanagi- und der Pazifischen Platte überein, als dieses Ausbreitungszentrum war im Begriff, unter die Eurasische Platte zu subduzieren. Daher wird gefolgert, dass die isolierten Anomalien der schnellen Geschwindigkeit Überreste der subduzierten Izanagi-Platte sind.
„Die NW-SO-FVDs in den beiden isolierten schnellen Anomalien spiegeln ferner das Strömungsfeld des pazifischen unteren Mantels bei etwa 40 Millionen Jahren wider, da die beiden isolierten Anomalien mit schneller Geschwindigkeit von einem amorphen Strömungsfeld des Mantels umgeben sind und von der gegenwärtigen unteren Strömung nicht beeinflusst werden.“ Mantelströmung“, sagte Prof. Fan Jianke vom Institut für Ozeanologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IOCAS), erster und korrespondierender Autor der Studie.
„Unsere Studie zeigt, dass seismische Anisotropie im unteren Erdmantel weiter verbreitet ist als bisher angenommen“, sagte Prof. Fan. „Diese Beobachtungen liefern auch wichtige und unabhängige seismische Beweise für die Existenz früherer Verformungen im unteren Erdmantel, die uns helfen können, die geodynamischen Eigenschaften des unteren Erdmantels besser zu verstehen.“
Mehr Informationen:
Überreste der sich verschiebenden Strömung des unteren Erdmantels im frühen Känozoikum im Pazifik, abgebildet unter der philippinischen Meeresplatte, Naturgeowissenschaften (2024).