Qual é a natureza da descontinuidade de 660 km no manto?

• Processo: 24/08397-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 06 de janeiro de 2025
• Data de Término da vigência: 05 de janeiro de 2026
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Geociências - Geofísica
• Pesquisador responsável: Carlos Alberto Moreno Chaves
• Beneficiário: Carlos Alberto Moreno Chaves
• Pesquisador Anfitrião: Jeroen Ritsema
• Instituição Sede: Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: University of Michigan, Estados Unidos
• Assunto(s): Tomografia sísmica Sismologia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: convecção do manto | Frequência-finita | ondas PP | Tomografia Sísmica | Zona de Transição do Manto | Sismologia

Resumo

A zona de transição do manto, localizada entre profundidades de 410 km e 660 km, é caracterizada por mudanças de fase no mineral olivina, o mais abundante no manto. Ela desempenha um papel fundamental no mecanismo de convecção, seja em camadas ou envolvendo todo o manto. Portanto, compreender a estrutura da zona de transição pode fornecer importantes vínculos sobre o estilo de convecção predominante no manto terrestre, fato que permanece uma questão ainda em aberto na geodinâmica. Ondas PP e suas precursoras, P410P e P660P, são usadas para determinar variações na topografia das descontinuidades de 410 km e 660 km. No entanto, a fase P660P não é observada globalmente, apesar das previsões da física de minerais, e várias hipóteses foram propostas para sua não detecção sem que um consenso tenha sido alcançado. Como a natureza da descontinuidade do manto a 660 km permanece elusiva, entender a dificuldade em se detectar a fase P660P pode levar a uma melhor compreensão da descontinuidade de 660 km e seu papel na dinâmica do manto. Aqui, partimos da hipótese que imprecisões no cálculo dos tempos de viagem das ondas PP em um manto heterogêneo dificultam o alinhamento preciso da fase P660P durante o empilhamento das formas de onda, desafiando sua detecção global. Assim, neste projeto de pesquisa, focaremos em analisar como o efeito das heterogeneidades em grande escala da onda P no manto afeta o tempo de propagação e a amplitude das ondas PP e suas precursoras. Cálculos imprecisos do tempo de percurso para o procedimento de correção de sobre tempo podem causar o cancelamento de fases desalinhadas no processo de empilhamento dos sismogramas, impedindo que o sinal precursor seja elevado acima do nível de ruído e mascarando a detecção da fase precursora associado à descontinuidade de 660 km. Para esse fim, utilizaremos um grande conjunto de sismogramas sintéticos obtidos pelo método do elemento espectral com o modelo PREM e com cinco modelos de tomografia sísmica de ondas P para 50 eventos distribuídos uniformemente por todo o globo e registrados por 18.397 estações sísmicas virtuais. A partir dos sismogramas empilhados, estimaremos os tempos de percurso usando a teoria do raio e a teoria de frequência-finita para os cinco modelos de tomografia sísmica. Com isso, poderemos mapear variações globais nos tempos de viagem de PP-P410P e PP-P660P e analisar como simplificações teóricas afetam as previsões de tempo de viagem das ondas PP e suas precursoras, impactando o alinhamento das fases associado às descontinuidades e, consequentemente, a estimativa precisa das topografias das descontinuidades na zona de transição do manto. Além disso, estimaremos as razões de amplitude de P410P/PP e P660P/PP para os sismogramas sintéticos empilhados para determinar como variações laterais na razão de amplitude podem estar associadas a anomalias composicionais no manto. Para verificar a resolubilidade das variações laterais na topografia das descontinuidades do manto usando precursores PP, a malha de elementos espectrais do SPECFEM3D_GLOBE será distorcida para analisar como variações harmônicas na topografia das descontinuidades de 410 km e 660 km, com diferentes comprimentos de onda e amplitudes, são recuperadas. Embora esta pesquisa tenha um foco sismológico, os resultados serão relevantes para pesquisadores de uma ampla gama de disciplinas envolvidas no estudo da estrutura e processos em escala global do manto. Por décadas, geodinamicistas, físicos de minerais e geoquímicos têm tentado entender o papel das mudanças de fase mineral e das variações composicionais no transporte de massa através do manto.