Tomografi Seismik dan Struktur Bumi

Dengan menginversi waktu tempuh dan bentuk gelombang seismik, seismolog membangun citra tiga dimensi interior Bumi, mengungkapkan kerak, mantel, dan inti serta anomali kecepatan yang memetakan konveksi dan tektonika.

Definition

Tomografi seismik adalah metodologi masalah inversi yang merekonstruksi citra tiga dimensi kecepatan seismik di dalam Bumi dari kumpulan besar pengukuran waktu tempuh dan bentuk gelombang, dan bersama dengan model referensi satu dimensi, ini mendefinisikan pengetahuan kita tentang struktur internal Bumi.

Scope

Topik ini mencakup penentuan struktur internal Bumi dari pengamatan seismik: penemuan batas-batas utama (Moho, batas inti-mantel, inti dalam), model referensi Bumi, dan inversi tomografi data waktu tempuh dan bentuk gelombang untuk variasi kecepatan tiga dimensi. Ini membahas tomografi gelombang badan dan gelombang permukaan, resolusi dan regularisasi masalah inversi yang tidak tepat, serta interpretasi anomali kecepatan dalam hal suhu, komposisi, dan aliran. Penekanannya adalah pada pencitraan interior daripada pada sumber.

Core questions

• Bagaimana batas-batas internal utama Bumi ditemukan secara seismik?
• Bagaimana waktu tempuh dan bentuk gelombang diinversi untuk struktur kecepatan tiga dimensi?
• Apa yang membatasi resolusi citra tomografi, dan bagaimana inversi distabilkan?
• Bagaimana anomali kecepatan diinterpretasikan dalam hal suhu, komposisi, dan aliran?

Key concepts

• Model referensi Bumi dan struktur kecepatan radial
• Diskontinuitas Mohorovicic, batas inti-mantel, dan inti dalam
• Tomografi gelombang badan dan gelombang permukaan
• Masalah inversi, regularisasi, dan resolusi
• Anomali kecepatan sebagai proksi untuk suhu dan komposisi

Key theories

Model referensi Bumi berlapis

Data waktu tempuh selama beberapa dekade disintesis menjadi model referensi simetris sferis seperti PREM yang menentukan kecepatan, densitas, dan atenuasi sebagai fungsi kedalaman, menyediakan dasar di mana anomali tiga dimensi diukur.

Inversi tomografi

Tomografi seismik memperlakukan pencitraan sebagai masalah inversi linear, menghubungkan perturbasi dalam waktu tempuh atau bentuk gelombang yang diamati dengan perturbasi dalam kecepatan sepanjang jalur sinar atau kernel sensitivitas, dan memecahkan sistem yang diregularisasi untuk memulihkan struktur tiga dimensi.

Mechanisms

Kecepatan seismik bergantung pada modulus elastis dan densitas batuan, yang bervariasi dengan suhu, komposisi, fase, dan keberadaan lelehan atau fluida; material dingin dan padat umumnya cepat, sedangkan material panas atau sebagian meleleh lambat, sehingga citra kecepatan yang diinversi dari banyak jalur sinar yang saling bersilangan menjadi peta proksi keadaan termal dan komposisi interior.

Clinical relevance

Citra tomografi mantel membatasi lokasi lempengan yang tersubduksi dan plume yang naik, menghubungkan interior dengan pergerakan lempeng dan vulkanisme titik panas, dan pada skala kerak mendukung studi bahaya dan sumber daya; model referensi menjadi dasar lokasi gempa di seluruh dunia.

History

Mohorovicic mengidentifikasi batas kerak-mantel pada tahun 1909, Gutenberg menemukan batas inti-mantel, dan Lehmann menemukan inti dalam pada tahun 1936; Model Bumi Referensi Awal tahun 1981 dan kebangkitan tomografi komputasi pada tahun 1980-an membuka era pencitraan tiga dimensi Bumi dalam.

Key figures

• Inge Lehmann
• Andrija Mohorovicic
• Adam Dziewonski
• Don Anderson

Seminal works

• dziewonski1981
• nolet2008
• lehmann1936

Frequently asked questions

Bagaimana tomografi seismik mirip dengan pemindaian CT medis?

Keduanya merekonstruksi citra internal dari banyak pengukuran yang dilakukan sepanjang jalur yang melintasi tubuh dalam arah yang berbeda; dalam tomografi seismik, sinar adalah gelombang seismik dan kuantitas yang dicitrakan adalah kecepatan gelombang, yang bervariasi dengan suhu dan komposisi batuan.

Bagaimana kita tahu Bumi memiliki inti dalam yang padat?

Inge Lehmann menemukan pada tahun 1936 bahwa gelombang seismik tertentu yang mencapai sisi jauh Bumi hanya dapat dijelaskan jika inti luar cair mengelilingi inti dalam padat yang berbeda yang membiaskan gelombang secara berbeda, sebuah struktur yang sejak itu dikonfirmasi oleh banyak pengamatan lain.