يعرف جميع تلاميذ المدارس أن كوكب الأرض مقسم إلى ثلاث (أو أربع) طبقات كبيرة: القشرة والوشاح واللب. وهذا صحيح بشكل عام، على الرغم من أن هذا التعميم لا يأخذ في الاعتبار عدة طبقات إضافية حددها العلماء، إحداها، على سبيل المثال، هي الطبقة الانتقالية داخل الوشاح.
في دراسة نُشرت في 15 فبراير 2019، استخدمت الجيوفيزيائية جيسيكا إيرفينغ وطالب الماجستير وينبو وو من جامعة برينستون، بالتعاون مع سيداو ني من المعهد الجيوديسي والجيوفيزيائي في الصين، البيانات التي تم الحصول عليها من زلزال 1994 القوي في بوليفيا للعثور على الجبال. وغيرها من المعالم الطبوغرافية على سطح المنطقة الانتقالية في عمق الوشاح. تقع هذه الطبقة على عمق 660 كيلومترًا تحت الأرض، وتفصل بين الوشاح العلوي والسفلي (بدون اسم رسمي لهذه الطبقة، أطلق عليها الباحثون ببساطة "حدود 660 كيلومترًا").
ومن أجل "النظر" عميقًا تحت الأرض، استخدم العلماء أقوى الموجات على الكوكب، والتي تسببها الزلازل القوية. وقالت جيسيكا إيرفينغ، الأستاذة المساعدة في علوم الأرض: "نحن بحاجة إلى زلزال قوي وعميق حتى يهز الكوكب".
الزلازل الكبيرة أقوى بكثير من الزلازل العادية، حيث تزيد طاقتها 30 ضعفًا مع كل خطوة إضافية على مقياس ريختر. يحصل إيرفينغ على أفضل بياناته من الزلازل التي تبلغ قوتها 7.0 وما فوق لأن الموجات الزلزالية التي ترسلها مثل هذه الزلازل الكبيرة تنتشر في اتجاهات مختلفة ويمكنها الانتقال عبر قلب الكوكب إلى الجانب الآخر من الكوكب والعودة. بالنسبة لهذه الدراسة، جاءت البيانات الأساسية من الموجات الزلزالية التي تم تسجيلها من زلزال بقوة 8.3 درجة - وهو ثاني أعمق زلزال يسجله الجيولوجيون على الإطلاق - والذي هز بوليفيا في عام 1994.
"لا تحدث زلازل بهذا الحجم كثيرًا. نحن محظوظون جدًا لأن عدد أجهزة قياس الزلازل المثبتة حول العالم الآن أكبر بكثير مما كان عليه قبل 20 عامًا. لقد تغير علم الزلازل بشكل كبير أيضًا في العشرين عامًا الماضية، وذلك بفضل الأدوات الجديدة وقوة الكمبيوتر.
يستخدم علماء الزلازل وعلماء البيانات أجهزة الكمبيوتر العملاقة، مثل الكمبيوتر العملاق تايجر العنقودي من برينستون، لمحاكاة السلوك المعقد لنثر الموجات الزلزالية في أعماق الأرض.
تعتمد التقنيات على الخصائص الأساسية للموجات: قدرتها على الانعكاس والانكسار. مثلما يمكن لموجات الضوء أن ترتد (تنعكس) عن المرآة أو تنحني (تنكسر) عندما تمر عبر منشور، فإن الموجات الزلزالية تنتقل عبر الصخور المتجانسة ولكنها تنعكس أو تنكسر عندما تواجه أسطحًا خشنة في طريقها.
قال وينبو وو، المؤلف الرئيسي للدراسة، والذي حصل مؤخرًا على درجة الدكتوراه في علم الجيولوجيا ويتابع حاليًا زمالة ما بعد الدكتوراه في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا: "نحن نعلم أن جميع الأجسام تقريبًا لها سطح غير مستوٍ، وبالتالي يمكنها تشتيت الضوء". "بفضل هذه الحقيقة، يمكننا "رؤية" هذه الأشياء - فالموجات المتناثرة تحمل معلومات حول خشونة الأسطح التي تواجهها في طريقها. في هذه الدراسة، نظرنا إلى الموجات الزلزالية المتناثرة التي تنتقل إلى أعماق الأرض لتحديد "خشونة" الحدود التي تم العثور عليها والتي يبلغ طولها 660 كيلومترًا.
وقد تفاجأ الباحثون بمدى خشونة هذه الحدود، بل وأكثر من الطبقة السطحية التي نعيش عليها. وقال وو: "بعبارة أخرى، تحتوي هذه الطبقة تحت الأرض على تضاريس أكثر تعقيدًا من جبال روكي أو نظام جبال الآبالاش". لم يتمكن نموذجهم الإحصائي من تحديد الارتفاع الدقيق لهذه الجبال الموجودة تحت الأرض، ولكن هناك احتمال كبير أن تكون أعلى بكثير من أي شيء على سطح الأرض. ولاحظ العلماء أيضًا أن الحدود التي يبلغ طولها 660 كيلومترًا موزعة بشكل غير متساوٍ أيضًا. بنفس الطريقة التي تتمتع بها الطبقة الأرضية بأسطح محيطية ناعمة في بعض الأجزاء وجبال ضخمة في أجزاء أخرى، فإن الحدود التي يبلغ طولها 660 كيلومترًا بها أيضًا مناطق خشنة وطبقات ناعمة على سطحها. كما نظر الباحثون إلى الطبقات تحت الأرض على عمق 410 كيلومترات وفي الجزء العلوي من الوشاح الأوسط، لكنهم لم يتمكنوا من العثور على خشونة مماثلة في هذه الأسطح.
وقالت عالمة الزلازل كريستينا هاوزر، الأستاذة المساعدة في معهد طوكيو للتكنولوجيا والتي لم تشارك في الدراسة: "لقد وجدوا أن الحدود التي يبلغ طولها 660 كيلومترًا معقدة مثل الطبقة السطحية". "إن استخدام الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل القوية للعثور على فرق يبلغ 3 كيلومترات في ارتفاع منطقة بعمق 660 كيلومترًا تحت الأرض هو إنجاز لا يمكن تصوره... وتعني اكتشافاتهم أنه في المستقبل، باستخدام أدوات زلزالية أكثر تطورًا، سنكون قادرين على للكشف عن إشارات خفية لم تكن معروفة من قبل، والتي ستكشف لنا خصائص جديدة للطبقات الداخلية لكوكبنا.
عالمة الزلازل جيسيكا إيرفينغ، الأستاذة المساعدة في الجيوفيزياء، تحمل نيزكين من مجموعة جامعة برينستون تحتويان على الحديد ويعتقد أنهما جزء من كوكب الأرض.
الصورة التقطها دينيس أبلوايت.
ماذا يعني هذا؟
يعد وجود الأسطح الخشنة على طول الحدود التي يبلغ طولها 660 كيلومترًا أمرًا مهمًا لفهم كيفية تشكل كوكبنا ووظائفه. تقسم هذه الطبقة الوشاح، الذي يشكل حوالي 84% من حجم كوكبنا، إلى أقسام علوية وسفلية. لسنوات، ناقش الجيولوجيون مدى أهمية هذه الحدود. وعلى وجه الخصوص، درسوا كيفية انتقال الحرارة عبر الوشاح - وما إذا كانت الصخور الساخنة تتحرك من حدود جوتنبرج (الطبقة التي تفصل الوشاح عن اللب على عمق 2900 كيلومتر) حتى قمة الوشاح، أو ما إذا كانت هذه الحركة يتم قطعها عند حدود 660 كيلومترًا. تشير بعض الأدلة الجيوكيميائية والمعدنية إلى أن الطبقات العلوية والسفلية من الوشاح لها تركيبات كيميائية مختلفة، مما يدعم فكرة أن الطبقتين غير قابلتين للامتزاج حرارياً أو فيزيائياً. تشير ملاحظات أخرى إلى أن الطبقات العليا والسفلى من الوشاح لا يوجد بها اختلاف كيميائي، مما أثار الجدل حول ما يسمى بـ "الوشاح المختلط جيدًا"، حيث تشارك كلا الطبقتين من الوشاح في دورة تبادل حراري متجاورة.
وقال وينبو وو: "توفر دراستنا رؤى جديدة حول هذا النقاش". تشير البيانات التي تم الحصول عليها من هذه الدراسة إلى أن كلا الجانبين قد يكون على حق جزئيا. قد تكون الطبقات الأكثر سلاسة عند الحدود التي يبلغ طولها 660 كيلومترًا قد تشكلت بسبب الاختلاط العمودي الشامل، في حين قد تكون المناطق الجبلية الأكثر وعورة قد تشكلت حيث لم يتم اختلاط الوشاح العلوي والسفلي بسلاسة.
بالإضافة إلى ذلك، تم اكتشاف "خشونة" الطبقة عند الحدود التي تم العثور عليها على نطاقات كبيرة ومتوسطة وصغيرة من قبل علماء الأبحاث، والتي من الناحية النظرية يمكن أن تكون ناجمة عن الشذوذات الحرارية أو عدم التجانس الكيميائي. ولكن بسبب الطريقة التي تنتقل بها الحرارة في الوشاح، يشرح وو، فإن أي شذوذ حراري صغير الحجم سيتم تلطيفه في غضون بضعة ملايين من السنين. وبالتالي، فإن عدم التجانس الكيميائي وحده هو الذي يمكنه تفسير خشونة هذه الطبقة.
ما الذي يمكن أن يسبب مثل هذا التباين الكيميائي الكبير؟ على سبيل المثال ظهور الصخور في طبقات الوشاح التي كانت تنتمي إلى القشرة الأرضية وانتقلت إليها على مدى ملايين السنين. لقد ناقش العلماء منذ فترة طويلة مصير الصفائح الموجودة في قاع البحر والتي يتم دفعها إلى الوشاح عن طريق مناطق الاندساس التي تصطدم حول المحيط الهادئ وأجزاء أخرى من العالم. يقترح ويبو وو وجيسيكا إيرفينغ أن بقايا هذه الصفائح قد تكون الآن أعلى أو أقل من حدود 660 كيلومترًا.
"يعتقد الكثير من الناس أنه من الصعب جدًا دراسة البنية الداخلية للكوكب وتغيراته على مدار الـ 4.5 مليار سنة الماضية باستخدام بيانات الموجات الزلزالية فقط. قال إيرفينغ: "لكن هذا أبعد ما يكون عن الحقيقة! لقد أعطانا هذا البحث معلومات جديدة حول مصير الصفائح التكتونية القديمة التي نزلت إلى الوشاح على مدى مليارات السنين".
وأخيرا، أضاف إيرفينغ: "أعتقد أن علم الزلازل يكون أكثر إثارة للاهتمام عندما يساعدنا على فهم البنية الداخلية لكوكبنا في المكان والزمان".
من مؤلف الترجمة: كنت أرغب دائمًا في تجربة ترجمة مقال علمي مشهور من الإنجليزية إلى الروسية، لكنني لم أتوقع ذلك بقدر ما انه لامر معقد. كل الاحترام لأولئك الذين يترجمون المقالات عن حبري بشكل منتظم وفعال. لترجمة نص بشكل احترافي، لا تحتاج إلى معرفة اللغة الإنجليزية فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى فهم الموضوع نفسه من خلال دراسة مصادر خارجية. أضف القليل من "الكمامة" لجعل الأمر يبدو طبيعيًا أكثر، لكن لا تبالغ أيضًا، حتى لا تفسد المقال. شكرا جزيلا على القراءة :)
المصدر: www.habr.com