Istraživački tim predvođen profesorom Vu Zhongkingom sa Škole za nauku o Zemlji i svemiru na Univerzitetu nauke i tehnologije Kine Kineske akademije nauka napravio je značajan napredak u ograničavanju sastava materijala i termičkog stanja donjeg omotača Zemlje.
Njihovi nalazi istraživanja pod nazivom „Kompoziciono i termičko stanje donjeg omotača iz zajedničke 3D inverzije sa seizmičkom tomografijom i mineralnom elastičnošću“ objavljeni su u časopisu Proceedings of the National Academi of Sciences.
Unutrašnjost Zemlje može se grubo podeliti na koru, gornji omotač, donji omotač i jezgro. Donji plašt, koji se nalazi na dubinama u rasponu od 660 do 2.890 km ispod površine, čini značajan deo Zemljine zapremine i mase. On igra ključnu ulogu u strukturi i dinamici planete.
Prethodne seizmološke studije su otkrile varijacije u brzinama seizmičkih talasa unutar donjeg plašta, uključujući velike provincije niske brzine smičnog talasa (LLSVP) ispod Afrike i Pacifika. Međutim, priroda, poreklo i implikacije ovih anomalija ostaju nepotpuno shvaćeni. Stoga je dobijanje sveobuhvatnog razumevanja prostorne distribucije materijalnog sastava i temperature unutar donjeg plašta ključno za otkrivanje Zemljine formacije, evolucije i dinamike.
Da bi se pozabavio ovim izazovima, istraživački tim je koristio kombinaciju seizmičke tomografije i elastičnih svojstava minerala kako bi odredio sastav i prostornu distribuciju materijala plašta i temperatura. Međutim, eksperimentalna merenja elastičnosti minerala u ekstremnim uslovima donjeg plašta predstavljaju značajne poteškoće.
Da bi se ovo prevazišlo, tim profesora Zhongkinga razvio je novu metodu izračunavanja po prvim principima koja je računski efikasna, predstavljajući manje od jedne desetine konvencionalnih metoda. Koristeći ovaj pristup, tim je opsežno proučavao elastična svojstva ključnih minerala u donjem plaštu i postigao rezultate u skladu sa eksperimentalnim podacima dobijenim pod relativno nižim temperaturama i pritiscima.
Integracijom izračunatih podataka o visokotemperaturnom i visokom pritisku elastičnih minerala donjeg omotača sa trodimenzionalnim tomografskim modelom snimanja, istraživački tim je uspešno invertirao trodimenzionalni mineralni sastav i distribuciju temperature čitavog donjeg omotača koristeći Markovljev lanac Monte Karlo metodom. Štaviše, oni su izveli trodimenzionalni model gustine donjeg plašta.
Rezultati inverzije su otkrili da bočna raspodela temperature u donjem plaštu prati Gausov obrazac, sa minimalnim varijacijama u opsegu dubine od 1.600 kilometara. Međutim, kako se dubina povećava, distribucija se postepeno širi. Primetno je da na samom dnu donjeg plašta, bočna raspodela temperature odstupa od Gausovog obrasca, što ukazuje na snažnu bočnu heterogenost, verovatno povezanu sa prisustvom LLSVP-a.
Dalja analiza je pokazala da termičke anomalije prvenstveno doprinose anomalijama brzine u gornjem delu donjeg omotača, dok varijacije u hemijskom sastavu pretežno utiču na anomalije brzine u najdubljem delu plašta.
Studija je takođe otkrila da LLSVP pokazuju veću gustinu na dnu donjeg plašta u poređenju sa okolnim omotačem, dok pokazuju nižu gustinu iznad dubine od približno 2.700 kilometara. Štaviše, LLSVP se odlikuju povišenim temperaturama i obogaćenim koncentracijama gvožđa i bridžmanita, podržavajući hipotezu da LLSVP možda potiču iz primordijalnih bazalnih okeana magme tokom ranih faza razvoja Zemlje.
Nalazi ovog istraživanja pružaju suštinski uvid u sastav i termičko stanje donjeg Zemljinog omotača, značajno unapređujući naše razumevanje duboke strukture planete. Očekuje se da će ovi uvidi imati dubok uticaj na istraživanja koja se odnose na formiranje, evoluciju i dinamiku Zemlje.
