Shadow zone

Введение

Зона сейсмической тени - это область поверхности Земли, где сейсмографы не могут обнаружить прямые P-волны и/или S-волны от землетрясения. Это связано с жидкими слоями или структурами внутри поверхности Земли. Наиболее известная зона тени связана с границей мантии ядра, где P-волны преломляются, а S-волны останавливаются на внешнем ядре жидкости; однако любая граница жидкости или тело может создать теневую зону. Например, магматические резервуары с достаточно высоким процентом плавления могут создавать сейсмические теневые зоны.

Предыстория

Земля состоит из различных структур: коры, мантии, внутреннего ядра и внешнего ядра. Кора, мантия и внутреннее ядро обычно твердые; однако внешнее ядро полностью жидкое. В 1906 году впервые жидкое внешнее ядро было показано геологом Ричардом Олдхэмом. Олдэм наблюдал сейсмограммы от различных землетрясений и увидел, что некоторые сейсмические станции не регистрировали прямые волны S, особенно те, которые были на расстоянии 120 ° от гипоцентра землетрясения. В 1913 году Бену Гутенберг заметил резкое изменение сейсмических скоростей P-волн и исчезновение S-волн на границе мантии ядра. Гутенберг объяснил это твердой мантией и жидким внешним ядром, назвав это прерывистостью Гутенберга.

Другие наблюдения и последствия

Хотя граница ядра мантии создает самую большую тень, более мелкие структуры, такие как магматические тела, также могут создавать тень. Например, в 1981 году Палл Эйнарсон провел сейсмическое исследование в Кальдере Крафла на северо-востоке Исландии. В ходе этого исследования Эйнарсон установил на кальдере плотный массив сейсмометров и записал землетрясения, которые произошли. Полученные сейсмограммы показали как отсутствие S-волн, так и небольшие амплитуды S-волн. Эйнарсон объяснил эти результаты магматическим резервуаром. В этом случае, в магматическом резервуаре достаточное количество расплавленного вещества, чтобы вызвать непосредственное воздействие на S-волны. В районах, где имеются сильно ослабленные (небольшие способности) S-волны, все еще присутствует плавление, но достаточно твердых зерен касаются, где S-волны могут проходить через часть магматического резервуара. В период с 2014 по 2018 год геофизик из Тайваня Чэн Хорн Лин исследовал магматический резервуар под вулканической группой Татун на Тайване. Исследовательская группа Лин использовала глубокие землетрясения и сейсмометры на вулканической группе Татуна или вблизи нее, чтобы определить изменения в волновых формах P и S. Их результаты показали задержки P-волн и отсутствие S-волн в различных местах. Линь объяснил это открытие запасом магмы с по меньшей мере 40% плавления, которая создает зону тени S-волны. В этом исследовании была исследована причина наблюдаемой Линь зоны тени S-волны и приписывалась она либо магматическому диапиру над субдукционной филиппинской морской плитой. Хотя это не было магматическим резервуаром, все же была структура с достаточным количеством расплавленной жидкости, чтобы вызвать зону тени S-волны. Определение процента таяния вулкана может помочь в прогнозировании и оценке текущих и будущих опасностей. В вулкане, который активно извергается, Mt. Этна в Италии, исследование было проведено в 2021 году, которое показало как отсутствие S-волн в некоторых регионах, так и сильно ослабленные S-волны в других, в зависимости от того, где расположены приемники над магматической камерой. Ранее, в 2014 году, было проведено исследование, чтобы смоделировать механизм, приведший к извержению 28 декабря 2014 года. Это исследование показало, что извержение может быть вызвано между 30% и 70% таяния.

Although the core mantle boundary casts the largest shadow zone, smaller structures, such as magma bodies, can also cast a shadow zone. For example, in 1981, Páll Einarsson conducted a seismic investigation on the Krafla Caldera in Northeast Iceland. In this study, Einarsson placed a dense array of seismometers over the caldera and recorded earthquakes that occurred. The resulting seismograms showed both an absence of S waves and/or small S wave amplitudes. Einarsson attributed these results to be caused by a magma reservoir. In this case, the magma reservoir has enough percent melt to cause S waves to be directly affected. In areas where there are highly attenuated (small aptitude) S waves, there is still a precent of melt, but enough solid grains are touching where S waves can travel through the part of the magma reservoir. Between 2014 and 2018, a geophysicist in Taiwan, Cheng Horng Lin investigated the magma reservoir beneath the Tatun Volcanic Group in Taiwan. Lin's research group used deep earthquakes and seismometers on or near the Tatun Volcanic Group to identify changes P and S waveforms. Their results showed P wave delays and the absence of S waves in various locations. Lin attributed this finding to be due to a magma reservoir with at least 40% melt that casts an S wave shadow zone. This research study investigated the cause of the S wave shadow zone Lin observed and attributed it to either a magma diapir above the subducting Philippine Sea Plate. Though it was not a magma reservoir, there was still a structure with enough melt/liquid to cause an S wave shadow zone. Determining the percent melt of a volcano could help with predictive modeling and assess current and future hazards. In an actively erupting volcano, Mt. Etna in Italy, a study was done in 2021 that showed both an absence of S waves in some regions and highly attenuated S waves in others, depending on where the receivers are located above the magma chamber. Previously, in 2014, a study was done to model the mechanism leading to the December 28th, 2014 eruption. This study showed that an eruption could be triggered between 30 70% melt.