Усе школьнікі ведаюць, што планета Зямля падзелена на тры (або чатыры) вялікія пласты: кара, мантыя і ядро. У цэлым гэта дакладна, хоць гэтае абагульненне не бярэ ў разлік некалькі дадатковых пластоў, вызначаных навукоўцамі, адзін з якіх, напрыклад, пераходны пласт усярэдзіне мантыі.
У даследаванні, апублікаваным 15 лютага 2019 года, геафізік Джэсіка Ірвінг і студэнт-магістрант Венба Ву з Прынстанскага універсітэта, у супрацоўніцтве з Сідао Ні з Геадэзічнага і Геафізічнага Інстытута ў Кітаі, выкарыстоўвалі дадзеныя, атрыманыя падчас магутнага землятрусу 1994 і іншых тапаграфічных элементаў на паверхні пераходнай зоны глыбока ўсярэдзіне мантыі. Гэты пласт, які знаходзіцца на глыбіні 660 кіламетраў пад зямлёй, падзяляе верхнюю і ніжнюю частку мантыі (не маючы фармальнай назвы для гэтага пласта, даследчыкі назвалі яго проста "660-кіламетровая мяжа").
Для таго каб "паглядзець" так глыбока пад зямлю, навукоўцы выкарыстоўвалі самыя магутныя хвалі на планеце, выкліканыя наймацнейшымі землятрусамі. "Вам трэба моцны і глыбокі землятрус, каб страсянуць планету" - сказала Джэсіка Ірвінг, дацэнт геафізічных навук.
Вялікія землятрусы нашмат магутней звычайных - энергія якіх павялічваецца 30-кратна пры кожным дадатковым кроку ўверх па шкале Рыхтэра. Ирвинг атрымлівае свае лепшыя дадзеныя з землятрусаў з магнітудамі 7.0 і вышэй, таму што сейсмічныя хвалі, якія пасылаюцца настолькі магутнымі землятрусамі, разыходзяцца ў розныя бакі і могуць прайсці праз ядро на іншы бок планеты і назад. Для гэтага даследавання ключавыя дадзеныя былі атрыманы з сейсмічных хваль, якія былі зарэгістраваныя з землятрусу з магнітудай 8.3 - другое самае глыбокае землятрус, калі-небудзь зарэгістраванае геолагамі, - якое ўзрушыла Балівію ў 1994 годзе.
«Землятрусы такога маштабу здараюцца не часта. Нам вельмі пашанцавала, што зараз устаноўлена нашмат больш сейсмаметраў па ўсім свеце, чым 20 гадоў таму. Сейсмалогія таксама моцна змянілася за апошнія 20 гадоў дзякуючы новым інструментам і кампутарным магутнасцям.
Сейсмолагі і адмыслоўцы па аналізе дадзеных выкарыстоўваюць суперкампутары, такія як Прынстанскі кластарны суперкампутар Тыгр, для сімуляцыі складаных паводзін рассейвалых сейсмічных хваль глыбока пад зямлёй.
Тэхналогіі заснаваны на фундаментальных уласцівасцях хваляў: іх здольнасць адлюстроўвацца і пераламляцца. Дакладна таксама як і светлавыя хвалі могуць адскокваць (адбівацца) ад люстэрка ці выгінацца (праламляцца), калі праходзяць скрозь прызму, сейсмічныя хвалі праходзяць скрозь аднастайныя пароды, але адлюстроўваюцца ці пераламляюцца, калі сустракаюць грубіянскія паверхні на шляхі.
"Мы ведаем, што амаль усе аб'екты маюць няроўную паверхню і таму могуць рассейваць святло", – сказаў Венба Ву, галоўны аўтар гэтага даследавання, які нядаўна атрымаў ступень доктара ў геаноміі і цяпер праходзіць постдактарантуру ў Каліфарнійскім Тэхналагічным Інстытуце. «Дзякуючы гэтаму факту мы можам «бачыць» гэтыя аб'екты - рассейвалыя хвалі нясуць інфармацыю аб грубасці паверхняў, якія сустракаюцца ім на шляху. У гэтым даследаванні мы вывучалі рассейвалыя сейсмічныя хвалі, якія распаўсюджваюцца глыбока ўсярэдзіне Зямлі, каб вызначыць «грубасць» знойдзенай 660–километровой мяжы».
Даследнікі былі здзіўлены, наколькі "грубая" гэтая мяжа - нават больш, чым павярхоўны пласт, на якім мы жывем. "Іншымі словамі, гэты падземны пласт мае тапаграфію складаней, чым Скалістыя Горы або горная сістэма Аппалачы", – удакладніў Ву. Іх статыстычная мадэль не змагла вызначыць дакладныя вышыні гэтых падземных гор, але існуе вялікая верагоднасць таго, што яны нашмат вышэй, чым штосьці на паверхні Зямлі. Таксама навукоўцы заўважылі, што 660-кіламетровая мяжа таксама нераўнамерна размеркавана. Такой жа выявай, як і наземны пласт мае гладкую паверхню акіяна ў адных частках і масіўныя горы ў іншых, 660–километровая мяжа таксама мае грубыя зоны і гладкія пласты на сваёй паверхні. Даследнікі таксама вывучылі падземныя пласты на глыбіні 410 кіламетраў і на вяршыні сярэдняга пласта мантыі, аднак не змаглі знайсці падобную грубасць гэтых паверхняў.
"Яны выявілі, што 660-кіламетровая мяжа таксама складаная, як і павярхоўны зямны пласт", – сказала сейсмолаг Крысціна Хаўзэр, дацэнт Такійскага Тэхналагічнага Інстытута, якая не ўдзельнічала ў гэтым даследаванні. «Выкарыстоўваць сейсмічныя хвалі створаныя магутнымі землятрусамі, каб знайсці 3 кіламетровую розніцу ў вышыні рэльефу змешчанага 660 кіламетраў глыбока пад зямлёй — гэта няўяўны подзвіг. Іх адкрыцця азначаюць, што ў будучыні , якія раскрыюць нам новыя ўласцівасці ўнутраных пластоў нашай планеты».
Сейсмолаг Джэсіка Ірвінг, дацэнт геафізікі, трымае два метэарыты з калекцыі Прынстанскага Універсітэта, якія змяшчаюць жалеза і, як мяркуецца, з'яўляюцца часткай планетаземаляў.
Фота зроблена Дзяніс Апелуайтам.
Што гэта азначае?
Існаванне грубых паверхняў на 660-кіламетровай мяжы мае важнае значэнне для разумення як фармуецца і функцыянуе наша планета. Гэты пласт падзяляе мантыю, якая складае каля 84 працэнтаў аб'ёму нашай планеты, на верхнія і ніжнія секцыі. Гадамі геолагі спрачаліся аб тым, наколькі важная гэтая мяжа. У прыватнасці, яны вывучалі, як цеплыня транспартуецца скрозь мантыю - і ці перамяшчаюцца нагрэтыя пароды з мяжы Гутенберга (пласт, які падзяляе мантыю ад ядра на глыбіні 2900 кіламетраў) уверх да вяршыні мантыі ці гэтае перасоўванне перарываецца на 660-кіламетровай мяжы. Некаторыя геахімічныя і мінералагічныя дадзеныя мяркуюць, што верхнія і ніжнія пласты мантыі маюць розныя хімічныя склады, што падтрымлівае ідэю аб тым, што абодва пласта не змешваюцца тэрмальна ці фізічна. Іншыя назіранні мяркуюць, што верхнія і ніжнія пласты мантыі не маюць ніякай хімічнай розніцы, што спараджае спрэчку аб так званай «цалкам-перамешанай мантыі» («well-mixed mantle»), дзе абодва пласта мантыі ўдзельнічаюць у сумежным цыкле цеплаабмену.
"Наша даследаванне дае новы погляд на гэтую спрэчку", – сказаў Венба Ву. Дадзеныя, атрыманыя з гэтага даследавання, мяркуюць, што абодва бакі могуць быць часткова правы. Гладчэйшыя пласты 660–километровой межы могуць утварацца из–за стараннага, вертыкальнага змешвання, дзе грубейшыя, горныя зоны маглі быць утвораны ў месцы, дзе мяшанне верхніх і ніжніх пластоў мантыі не праходзіла таксама плыўна.
У дадатак, "грубасць" пласта на знойдзенай мяжы была выяўлена ў вялікіх, сярэдніх і малых маштабах навукоўцамі-даследчыкамі, што ў тэорыі магло быць выклікана цеплавымі анамаліямі або хімічнай гетэрагеннасцю. Але з-за таго, як цеплыня пераносіцца ў мантыі, тлумачыць Ву, любая цеплавая анамалія малога маштабу была б згладжаная на працягу некалькіх мільёнаў гадоў. Такім чынам, толькі хімічная гетэрагеннасць можа растлумачыць грубіянства гэтага пласта.
Што магло б прычыніцца настолькі значнай хімічнай гетэрагеннасці? Напрыклад, з'яўленне каменных парод у пластах мантыі, якія належалі зямной кары і перамясціліся туды на працягу многіх мільёнаў гадоў. Навукоўцы доўга спрачаліся аб лёсе пліт на марскім дне, якія прапіхваюцца ўнутр мантыі ў зонах субдукции, калізіі якіх адбываюцца вакол Ціхага Акіяна і ў іншых частках зямнога шара. Вейба Ву і Джэсіка Ірвінг мяркуюць, што рэшткі гэтых пліт могуць зараз быць зверху ці знізу 660-кіламетровай мяжы.
«Шмат хто лічыць, што гэта даволі складана вывучаць унутраную структуру планеты і яе змены за апошнія 4.5 мільярдаў гадоў, толькі выкарыстоўваючы дадзеныя сейсмічных хваль. Але гэта далёка не так!, - Сказала Ірвінг - гэта даследаванне дало нам новую інфармацыю аб лёсе старажытных тэктанічных пліт, якія спускаліся ўнутр мантыі на працягу многіх мільярдаў гадоў ».
У канцы Ірвінг дадала: "Я лічу што, сейсмалогія найбольш цікавая, калі яна дапамагае нам зразумець унутраны будынак нашай планеты ў прасторы і часе".
Ад аўтара перакладу: заўсёды хацеў паспрабаваць сябе ў перакладзе навуковапапулярнага артыкула з англійскай на рускую, але не чакаў наколькі гэта складана. Вялікая павага тым, хто рэгулярна і якасна перакладае артыкулы на Хабры. Каб прафесійна перавесці тэкст, трэба не толькі ведаць англійскую, але таксама зразумець саму тэму вывучаючы іншыя крыніцы. Дадаваць трохі «отсебятины» што б гучала больш натуральна, але і не перабаршчаць, каб не сапсаваць артыкул. Вялікі дзякуй за чытанне 🙂
Крыніца: habr.com