Ilmuwan mengungkapkan jalan raya mantel tersembunyi di bawah Tonga

Sebuah studi terobosan telah memberikan tampilan 3D yang paling rinci di dalam cara kerja dalam zona subduksi Tonga, di mana pelat tektonik yang bergerak paling cepat di Bumi membentuk kembali kerak planet.

Menggunakan teknik seismik yang inovatif, para peneliti memetakan aliran mantel yang dalam, mengungkapkan bagaimana batuan cair berinteraksi dengan pelat yang tenggelam untuk mempengaruhi aktivitas vulkanik dan pergerakan pelat.

Meluncurkan dinamika mantel di zona subduksi Tonga

Sebuah studi inovatif yang diterbitkan di GeosainsSebuah jurnal Cina terkemuka dalam penelitian sains bumi, telah memberikan wawasan baru tentang dinamika mantel di bawah zona subduksi Tonga. Peneliti dari Ocean University of China dan Tohoku University, Jepang, menggunakan teknik seismik canggih untuk membuat model 3D terperinci dari aliran mantel, interaksi plume-slab, dan aktivitas baskom back-arc. Temuan mereka membantu menyelesaikan perdebatan lama tentang bagaimana proses deep-earth ini beroperasi.

Data seismik: Memetakan mantel dalam resolusi tinggi

Tim menganalisis 150.219 pengukuran amplitudo dan fase dari 1.088 gempa bumi jauh (peristiwa teleseismik) yang direkam oleh 110 stasiun seismik, termasuk sensor darat dan samudera di Cekungan Lau dan daerah sekitarnya. Menggunakan gelombang Rayleigh mode fundamental (dengan periode 20 hingga 150 detik), mereka menerapkan tomografi anisotropi azimut-teknik yang mendeteksi variasi terarah dalam kecepatan gelombang seismik karena penyejajaran mineral pada batuan mantel.

Pendekatan ini memungkinkan mereka untuk membangun model kecepatan 3D resolusi tinggi yang memperpanjang 300 km di bawah permukaan. Tes validasi yang ketat mengkonfirmasi model tersebut ketepatandengan resolusi lateral sekitar 150 km dan resolusi vertikal antara 50 dan 75 km di atas kedalaman 150 km, memastikan detail spasial yang andal.

Temuan Utama: Menelusuri Aliran Mantel dan Interaksi Plume Slab

Temuan utama mengungkapkan bahwa masuknya ke selatan bahan bulu mantel samoa ke dalam cekungan Lau terbatas pada kedalaman yang lebih dangkal dari 50 km, didorong oleh rollback asimetris dari pelat Pasifik yang subduksi. Aliran dangkal ini selaras dengan bukti geokimia dari tanda tangan yang diturunkan dari bulu-bulu di zona gunung berapi utara cekungan.

Studi ini selanjutnya mengidentifikasi rezim aliran mantel yang berbeda: gerakan berorientasi barat-timur di bawah Cekungan Lau Utara yang menyebar dengan cepat kontras dengan aliran utara-selatan di wilayah selatan yang lebih lambat, yang mencerminkan penyesuaian pasif terhadap laju retret slab variabel spasial.

Di dalam pelat subduksi, arahan gelombang geser cepat dekat paralel dekat (NS) pada kedalaman yang dangkal (

Zona Subduksi Tonga: Laboratorium Alami untuk Geodinamika

Zona Subduksi Tonga, ditandai dengan konvergensi lempeng tercepat di dunia (~ 24 cm/tahun) dan laju penyebaran back-arc, berfungsi sebagai laboratorium alami untuk mempelajari interaksi pelat. Dengan merekonsiliasi perbedaan di antara model isotropik dan anisotropik sebelumnya, penelitian ini menetapkan kerangka kerja 3D kohesif pertama yang menghubungkan dinamika mantel dengan tektonik permukaan.

Integrasi data gelombang permukaan yang bervariasi secara azimut dengan tomografi multi-skala merupakan lompatan metodologis, menjembatani pengamatan geofisika dengan bukti geokimia untuk mengklarifikasi mekanisme aliran mantel, interaksi plume-slab, dan pembentukan cekungan arc-arc. Wawasan ini tidak hanya memperbaiki pemahaman tentang proses zona subduksi tetapi juga menawarkan template untuk mempelajari sistem kompleks lainnya, seperti busur Mariana dan Izu-bonin, di mana bulu mantel dan dinamika slab juga berinteraksi.

Implikasi: Memajukan Pencitraan Seismik dan Model Geodinamik

Penelitian ini menggarisbawahi potensi transformatif dari pencitraan seismik resolusi tinggi dalam ilmu bumi. Temuan ini menyoroti pentingnya kolaborasi internasional dalam mengatasi tantangan geodinamik, memberikan wawasan yang dapat ditindaklanjuti untuk mitigasi bahaya dan memajukan model prediktif proses skala planet. Dengan memecahkan kode kekuatan tersembunyi yang membentuk interior Bumi, karya ini mencontohkan bagaimana seismologi mutakhir dapat menerangi tarian rumit antara lempeng tektonik dan konveksi mantel-landasan geosains modern.

Referensi: “Kecepatan Gelombang Geser dan Anisotropi Azimut di Mantel Atas Zona Subduksi Tonga” oleh Di Zhao, Xin Liu dan Dapeng Zhao, 10 Februari 2025, Geosains.
Doi: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2024.101

Pendanaan: Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok, Masyarakat Jepang untuk Promosi Sains.