Svi školarci znaju da je planeta Zemlja podijeljena na tri (ili četiri) velika sloja: koru, plašt i jezgro. Ovo je generalno tačno, iako ova generalizacija ne uzima u obzir nekoliko dodatnih slojeva koje su identifikovali naučnici, od kojih je jedan, na primer, prelazni sloj unutar plašta.
U studiji objavljenoj 15. februara 2019., geofizičarka Jessica Irving i student master studija Wenbo Wu sa Univerziteta Princeton, u saradnji sa Sidao Ni sa Geodetskog i geofizičkog instituta u Kini, koristili su podatke dobijene od snažnog zemljotresa u Boliviji 1994. kako bi pronašli planine. i druge topografske karakteristike na površini prelazne zone duboko unutar plašta. Ovaj sloj, koji se nalazi 660 kilometara pod zemljom, razdvaja gornji i donji plašt (bez formalnog naziva za ovaj sloj, istraživači su ga jednostavno nazvali "granica od 660 kilometara").
Kako bi "izgledali" tako duboko pod zemljom, naučnici su koristili najmoćnije talase na planeti, izazvane snažnim zemljotresima. "Potreban vam je snažan, dubok potres da biste uzdrmali planetu", rekla je Jessica Irving, docentica geonauka.
Veliki potresi su mnogo snažniji od običnih – čija se energija povećava 30 puta sa svakim dodatnim korakom na Rihterovoj skali. Irving dobiva svoje najbolje podatke od potresa magnitude 7.0 i više jer se seizmički valovi koje šalju tako veliki potresi šire u različitim smjerovima i mogu putovati kroz jezgro na drugu stranu planete i natrag. Za ovu studiju, ključni podaci došli su od seizmičkih talasa koji su zabilježeni od zemljotresa magnitude 8.3 - drugog najdubljeg zemljotresa ikada zabilježenog od strane geologa - koji je potresao Boliviju 1994. godine.
„Zemljotresi ove jačine se ne dešavaju često. Veoma smo sretni što je sada u svijetu instalirano mnogo više seizmometara nego prije 20 godina. Seizmologija se također uvelike promijenila u posljednjih 20 godina zahvaljujući novim instrumentima i kompjuterskoj snazi.
Seizmolozi i naučnici podataka koriste superkompjutere, kao što je Prinstonov superkompjuter Tiger cluster, da simuliraju složeno ponašanje raspršivanja seizmičkih talasa duboko pod zemljom.
Tehnologije se zasnivaju na osnovnim svojstvima talasa: njihovoj sposobnosti da se reflektuju i prelamaju. Baš kao što se svjetlosni valovi mogu odbijati (reflektirati) od ogledala ili savijati (prelamati) kada prolaze kroz prizmu, seizmički valovi putuju kroz homogene stijene, ali se odbijaju ili lome kada naiđu na grube površine na svom putu.
“Znamo da gotovo svi objekti imaju neravne površine i stoga mogu raspršiti svjetlost”, rekao je Wenbo Wu, vodeći autor studije, koji je nedavno doktorirao geonomiju i trenutno pohađa postdoktorsku stipendiju na Kalifornijskom institutu za tehnologiju. „Zahvaljujući ovoj činjenici, možemo „vidjeti“ ove objekte – valovi raspršivanja nose informaciju o hrapavosti površina na koje nailaze na svom putu. U ovoj studiji pogledali smo raspršivanje seizmičkih talasa koji putuju duboko unutar Zemlje kako bismo utvrdili "hrapavost" pronađene granice od 660 kilometara."
Istraživači su bili iznenađeni koliko je ova granica "gruba" - čak i više od površinskog sloja na kojem živimo. „Drugim rečima, ovaj podzemni sloj ima složeniju topografiju od Stenovitih planina ili planinskog sistema Apalačija“, rekao je Vu. Njihov statistički model nije mogao odrediti tačne visine ovih podzemnih planina, ali postoji velika šansa da su mnogo više od bilo čega na površini Zemlje. Naučnici su također primijetili da je granica od 660 kilometara također neravnomjerno raspoređena. Na isti način na koji kopneni sloj ima glatke površine okeana u nekim dijelovima i masivne planine u drugim, granica od 660 km također ima grube zone i glatke slojeve na svojoj površini. Istraživači su također pregledali podzemne slojeve na dubini od 410 kilometara i na vrhu srednjeg omotača, ali nisu uspjeli pronaći sličnu hrapavost na ovim površinama.
"Otkrili su da je granica od 660 kilometara složena kao i površinski sloj", rekla je seizmologinja Christina Hauser, docentica na Tokijskom institutu za tehnologiju koja nije bila uključena u studiju. “Upotreba seizmičkih valova stvorenih snažnim potresima za pronalaženje razlike od 3 kilometra u visini terena 660 kilometara duboko pod zemljom je nezamisliv podvig... Njihova otkrića znače da ćemo u budućnosti, koristeći sofisticiranije seizmičke instrumente, biti sposoban da detektuje ranije nepoznate, suptilne signale, koji će nam otkriti nova svojstva unutrašnjih slojeva naše planete.”
Seizmologinja Jessica Irving, docentica geofizike, drži dva meteorita iz kolekcije Univerziteta Princeton koji sadrže željezo i za koje se vjeruje da su dio planete Zemlje.
Fotografiju je snimio Denis Appelwhite.
Šta ovo znači?
Postojanje grubih površina duž granice od 660 kilometara važno je za razumijevanje kako se naša planeta formira i funkcionira. Ovaj sloj dijeli plašt, koji čini oko 84 posto zapremine naše planete, na gornji i donji dio. Godinama su geolozi raspravljali o tome koliko je ova granica važna. Konkretno, proučavali su kako se toplina prenosi kroz plašt - i da li se zagrijane stijene pomiču od Gutenbergove granice (sloja koji odvaja plašt od jezgra na dubini od 2900 kilometara) do vrha plašta, ili da li se ovo kretanje je prekinut na granici od 660 kilometara. Neki geohemijski i mineraloški dokazi upućuju na to da gornji i donji sloj plašta imaju različite hemijske sastave, podržavajući ideju da se ta dva sloja termički ili fizički ne mešaju. Druga zapažanja sugeriraju da gornji i donji sloj omotača nemaju kemijske razlike, što je dovelo do rasprave o takozvanom "dobro miješanom plaštu", gdje oba sloja plašta učestvuju u susjednom ciklusu izmjene topline.
"Naša studija pruža novi uvid u ovu debatu", rekao je Wenbo Wu. Podaci dobijeni iz ove studije sugeriraju da su obje strane djelimično u pravu. Glatkiji slojevi granice od 660 km možda su nastali zbog temeljnog, vertikalnog miješanja, gdje su se možda formirale grublje, planinske zone gdje miješanje gornjeg i donjeg plašta nije teklo tako glatko.
Osim toga, istraživači su otkrili "hrapavost" sloja na pronađenoj granici na velikim, srednjim i malim razmjerima, što bi u teoriji moglo biti uzrokovano termalnim anomalijama ili hemijskom heterogenošću. Ali zbog načina na koji se toplota prenosi u omotaču, objašnjava Wu, svaka mala toplotna anomalija bi bila izglađena u roku od nekoliko miliona godina. Dakle, samo hemijska heterogenost može objasniti hrapavost ovog sloja.
Šta bi moglo uzrokovati tako značajnu hemijsku heterogenost? Na primjer, pojava stijena u slojevima plašta koji su pripadali zemljinoj kori i kretali se tamo tokom mnogo miliona godina. Naučnici su dugo raspravljali o sudbini ploča na morskom dnu koje su gurnute u plašt zonama subdukcije koje se sudaraju oko Tihog okeana i drugih dijelova svijeta. Weibo Wu i Jessica Irving sugeriraju da bi ostaci ovih ploča sada mogli biti iznad ili ispod granice od 660 kilometara.
“Mnogi ljudi vjeruju da je prilično teško proučavati unutrašnju strukturu planete i njene promjene u proteklih 4.5 milijardi godina koristeći samo podatke o seizmičkim valovima. "Ali ovo je daleko od istine!", rekao je Irving. "Ovo istraživanje nam je dalo nove informacije o sudbini drevnih tektonskih ploča koje su se spuštale u plašt tokom mnogo milijardi godina."
Na kraju, Irving je dodao: “Mislim da je seizmologija najzanimljivija kada nam pomaže da razumijemo unutrašnju strukturu naše planete u prostoru i vremenu.”
Od autora prevoda: Oduvek sam želeo da se okušam u prevođenju naučnopopularnog članka sa engleskog na ruski, ali nisam to očekivao koliko komplikovano je. Veliko poštovanje za one koji redovno i efikasno prevode članke na Habréu. Da biste profesionalno preveli tekst, ne morate samo znati engleski, već i razumjeti samu temu proučavanjem izvora trećih strana. Dodajte malo “gag” kako bi zvučalo prirodnije, ali i nemojte pretjerati, kako ne biste pokvarili članak. Hvala puno na čitanju :)
izvor: www.habr.com