Konvektion i jordens mantel är "motorn" som driver plattektoniken. Hett material stiger upp till jordens yta från gränsen mellan planetens kärna och mantel, på ett djup av cirka 3000 kilometer. Kallt material rinner sedan nedåt på grund av att oceaniska tektoniska plattor sjunker in i manteln vid subduktionszoner på jordens yta.

Seismologer har länge försökt förstå denna konvektionscykel genom att avbilda subducerande plattor när de går ner i jordens djup vid oceaniska diken. För att göra detta har de använt en teknik som kallas seismisk tomografi, som liknar en medicinsk ultraljudsundersökning.

En ny studie i AGU:s Journal of Geophysical Research :Solid Earth, använt en ny, högre upplösning, tomografisk teknik som kallas vågformsinversion för att avbilda den oceaniska plattan som subducerar under Centralamerika, Cocos-tallriken. Detta möjliggjorde upplösning av finare detaljer än tidigare arbete.

De nya rönen bidrar till att förbättra vår förståelse av plattornas dynamik när de når botten av den övre manteln på ett djup av cirka 670 kilometer under jordens yta och hjälper forskare att bättre förstå konvektionscykelns drivande plattektonik.

Den nya studien använde rekord av S-våg (seismisk skjuvvåg) triplikationer från jordbävningar i Centralamerika registrerade vid USArray, ett stort utbud av seismiska mottagare utplacerade från 2004 till 2015 i det angränsande USA. Vågformstriplikationer uppstår när flera S-vågor som färdas längs lite olika banor anländer till ett observatorium nästan samtidigt. De komplexa vågformerna är svåra att tolka med traditionell restidstomografi, men kan lätt analyseras genom vågformsinversion för att extrahera all tillgänglig information om strukturen runt djup på 670 kilometer.

Centralamerika är en geologiskt intressant region på grund av de stora variationerna i åldern på Cocos plattan vid diket, från cirka 2 miljoner år till norr, ungefär på Mexico Citys breddgrad, till cirka 30 miljoner år i söder, ungefär på Costa Ricas latitud, med ett åldershopp på cirka 10 miljoner år över en tidigare sprickzon som kallas Tehuantepec-ryggen under södra Mexiko.

Oceaniska plattor på jordens yta svalnar med stigande ålder, vilket innebär att äldre plattor är både tätare och har högre viskositet när de går in i oceangraven; de kan således lättare sjunka in i manteln än yngre plattor. Den 3-D S-hastighetsmodell som erhållits genom denna studie visar att variationer i plattans ålder längs diket korrelerar väl med variationer i plattans form på djupet, vilket tyder på att det finns lokala variationer i densitet och viskositet hos Cocos-plattan på djupet på grund av variationer i ålder.

Studien identifierade också närvaron av en möjlig uppströmning av varmt material, kallas en "plym, " som stiger från den nedre manteln under den norra delen av Cocos-plattan, vilket också kan påverka hur Cocos plattan sjunker in i den övre manteln.

Vidare, de antagna bilderna avslöjar att Cocos-plattan möjligen rivs på ett djup av cirka 400 kilometer längs Tehuantepec-ryggen. Detta kan förklaras av skillnaden i täthet för Cocos-plattan norr och söder om Tehuantepec-ryggen, och av det faktum att Tehuantepec Ridge förmodligen är en svag zon i plattan, vilket borde underlätta rivning. Jämförelse med ytgeologiska bevis indikerar också att denna rivning inträffade för cirka 10 miljoner år sedan, vilket innebär en genomsnittlig sjunkhastighet av plattor i den övre manteln på cirka 4 centimeter per år. Detta kan användas för att sätta begränsningar på viskositeten hos den övre manteln i denna region.

Tidigare studier har visat stor regional variation i dynamiken hos plattor när de når botten av den övre manteln. Inom en snar framtid, det borde vara möjligt att tillämpa metoderna i denna studie på andra subduktionszoner för att bättre förstå de fysiska orsakerna bakom subduktionens variabilitet.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.