Sejsmologia staje się ekscytująca, gdy pozwala lepiej zrozumieć wewnętrzną strukturę naszej planety, zarówno w przestrzeni, jak iw czasie.
Z podręczników szkolnych wiemy, że Ziemia ma trzy (lub cztery) warstwy: skorupę, płaszcz i rdzeń, czasem podzielone na wewnętrzną i zewnętrzną. Nie jest to do końca prawdą, ponieważ wyklucza niektóre inne warstwy, które naukowcy wyróżniają w strukturze naszej planety. W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Science geofizycy z Uniwersytetu Princeton (USA) oraz Instytutu Geodezji i Geofizyki w Chinach donoszą o górach i innej topografii na warstwie położonej na głębokość 660 kilometrów i oddzielającej górny i dolny płaszcz.
„Odkrycie zmian wysokości nawet o trzy kilometry na granicy ponad 660 kilometrów, przy użyciu fal przemieszczających się po Ziemi iz powrotem, jest inspirującym wyczynem” - powiedziała sejsmolog Christina Hauser, adiunkt z Tokyo Institute of Technology w Japonii, która nie była zaangażowana w badanie.
Struktura Ziemi. Szorstkość warstwy granicznej na głębokości 660 kilometrów wskazuje na przypuszczalne podziemne góry. Źródło: Zdjęcie: Kyle McKernan, Biuro Komunikacji Uniwersytetu Princeton.
Aby spojrzeć w głąb Ziemi, naukowcy wykorzystują najpotężniejsze fale na planecie, które są generowane przez trzęsienia ziemi. Głębokie, silne trzęsienia ziemi mogą wprawić w ruch cały płaszcz, a trzęsienia ziemi o sile 7,0 propagują fale uderzeniowe przez jądro na drugą stronę planety iz powrotem.
W tym badaniu naukowcy sięgnęli po kluczowe dane dotyczące fal wykrytych po trzęsieniu ziemi o sile 8,2 w skali Richtera - drugim co do wielkości w historii, które wstrząsnęło Boliwią w 1994 roku.
Aby zasymulować złożone zachowanie rozpraszania fal w głębinach Ziemi, sejsmolodzy wykorzystali klaster superkomputerów Tiger z Uniwersytetu Princeton. Technologia symulacji zależy od podstawowej właściwości fal: ich zdolności do zmiany kierunku i odbijania się. Tak jak fale świetlne mogą być odbijane lub załamywane podczas przechodzenia przez pryzmat, tak fale sejsmiczne przechodzą bezpośrednio przez jednorodne skały, ale odbijają się lub załamują na granicy mediów. W ten sposób ich rozproszenie niesie informacje o nieregularnościach powierzchni i głębokich warstwach.
„Byliśmy bardzo zaskoczeni uzyskanymi wynikami. Granica o długości 660 km ma lepszą topografię niż Góry Skaliste czy Appalachy i jest tak złożona, jak to, co widzimy na powierzchni”- piszą autorzy badania.
Film promocyjny:
Rocky Mountain widok z Rocky Mountain National Park w USA. Źródło: Stanislav Savin.
Model statystyczny nie pozwolił na dokładne określenie wysokości gór znajdujących się w głębi gór, ale stało się jasne, że nierówności są rozmieszczone nierównomiernie, podobnie jak powierzchnia skorupy ziemskiej ma gładkie obszary dna oceanu i wysokich gór. Naukowcy przebadali również warstwę na głębokości 410 kilometrów, w górnej części „strefy przejściowej” płaszcza i nie znaleźli takiego rozrzutu topograficznego.
Uzyskane wyniki pokazują, jak zaawansowane instrumenty sejsmiczne odkryły nowe i nieoczekiwane właściwości warstw Ziemi.
Co to znaczy
Obecność nieprawidłowości na 660-kilometrowej granicy jest niezbędna do zrozumienia, jak powstała nasza planeta. Zbadana warstwa dzieli płaszcz, który stanowi około 84 procent objętości Ziemi, na jego górną i dolną część. Od lat geolodzy debatują, jak ważna jest ta granica. W szczególności zbadali, jak ciepło przemieszcza się przez płaszcz.
Niektóre dowody geochemiczne i mineralogiczne sugerują chemiczną różnicę między górnym i dolnym płaszczem, co potwierdza tezę, że te dwie sekcje nie mieszają się termicznie ani fizycznie. Jednak dane pokazują, że gładsze regiony na granicy 660 km mogą być wynikiem starannego mieszania w pionie, podczas gdy regiony górskie mogły powstać tam, gdzie mieszanie nie występuje.
Ponadto wykryte nieprawidłowości mogą teoretycznie być spowodowane anomaliami termicznymi lub nieprawidłowościami chemicznymi. Ale z powodu redystrybucji ciepła w płaszczu każda mała anomalia termiczna zostanie wygładzona przez milion lat, pozostawiając jedynie różnice chemiczne.
Więc co mogło spowodować znaczącą różnicę w chemii warstw? Naukowcy twierdzą, że przyczyną tego jest zatonięcie skał, które kiedyś należały do skorupy ziemskiej. Geofizycy od dawna debatują nad losem płyt dna morskiego, które wcinają się w płaszcz w strefach subdukcji na całym świecie. Naukowcy spekulują, że pozostałości tych starożytnych płyt mogą teraz znajdować się tuż nad lub tuż poniżej granicy 660 km.
„Sejsmologia staje się ekscytująca, kiedy pozwala nam lepiej zrozumieć wewnętrzną strukturę naszej planety zarówno w przestrzeni, jak iw czasie” - podsumowują autorzy badania.