Všichni školáci vědí, že planeta Země je rozdělena do tří (nebo čtyř) velkých vrstev: kůra, plášť a jádro. To je obecně pravda, ačkoli toto zobecnění nebere v úvahu několik dalších vrstev identifikovaných vědci, z nichž jedna je například přechodová vrstva v plášti.
Ve studii zveřejněné 15. února 2019 geofyzička Jessica Irving a magisterský student Wenbo Wu z Princetonské univerzity ve spolupráci se Sidao Ni z Geodetického a geofyzikálního institutu v Číně použili data získaná ze silného zemětřesení v Bolívii v roce 1994 k nalezení hor. a další topografické prvky na povrchu přechodové zóny hluboko v plášti. Tato vrstva, která se nachází 660 kilometrů pod zemí, odděluje horní a spodní plášť (bez formálního názvu pro tuto vrstvu, vědci ji jednoduše nazvali „hranice 660 kilometrů“).
Aby se vědci „podívali“ tak hluboko pod zem, použili ty nejsilnější vlny na planetě, způsobené silnými zemětřeseními. "Potřebujete silné, hluboké zemětřesení, abyste otřásli planetou," řekla Jessica Irvingová, odborná asistentka geověd.
Velká zemětřesení jsou mnohem silnější než běžná zemětřesení – jejichž energie se s každým dalším krokem na Richterově stupnici 30násobně zvyšuje. Irving získává svá nejlepší data ze zemětřesení o síle 7.0 a více, protože seismické vlny vysílané tak velkými otřesy se šíří do různých směrů a mohou procházet jádrem na druhou stranu planety a zpět. Klíčová data pro tuto studii pocházejí ze seismických vln, které byly zaznamenány ze zemětřesení o síle 8.3 – druhého nejhlubšího zemětřesení, jaké kdy geologové zaznamenali – které otřáslo Bolívií v roce 1994.
„Zemětřesení takového rozsahu se nestávají často. Máme velké štěstí, že je nyní po celém světě instalováno mnohem více seismometrů než před 20 lety. Seismologie se za posledních 20 let také velmi změnila díky novým přístrojům a počítačovému výkonu.
Seismologové a datoví vědci používají superpočítače, jako je Princetonův superpočítač Tiger cluster, k simulaci komplexního chování rozptylu seismických vln hluboko pod zemí.
Technologie jsou založeny na základních vlastnostech vln: jejich schopnosti odrážet se a lámat. Stejně jako se světelné vlny mohou odrážet (odrážet) od zrcadla nebo ohýbat (lámat) při průchodu hranolem, seismické vlny procházejí homogenními horninami, ale když narazí na drsné povrchy ve své dráze, odrážejí se nebo lámou.
"Víme, že téměř všechny objekty mají nerovný povrch, a proto mohou rozptylovat světlo," řekl Wenbo Wu, hlavní autor studie, který nedávno získal doktorát z geonomie a v současné době studuje postdoktorandské stipendium na California Institute of Technology. „Díky této skutečnosti můžeme tyto objekty „vidět“ – rozptylové vlny nesou informaci o drsnosti povrchů, se kterými se na své dráze setkají. V této studii jsme se podívali na rozptylové seismické vlny putující hluboko uvnitř Země, abychom určili "drsnost" nalezené hranice 660 kilometrů."
Vědce překvapilo, jak „drsná“ tato hranice je – ještě více než povrchová vrstva, na které žijeme. "Jinými slovy, tato podzemní vrstva má topografii složitější než Skalisté hory nebo Apalačský horský systém," řekl Wu. Jejich statistický model nebyl schopen určit přesné výšky těchto podzemních hor, ale existuje velká šance, že jsou mnohem vyšší než cokoli na povrchu Země. Vědci si také všimli, že hranice 660 kilometrů je také rozložena nerovnoměrně. Stejně jako pevnina má v některých částech hladký povrch oceánu a v jiných masivní pohoří, má hranice 660 km na svém povrchu také drsné zóny a hladké vrstvy. Vědci se také podívali na podzemní vrstvy v hloubce 410 kilometrů a na vrcholu středního pláště, ale nedokázali najít podobnou drsnost na těchto površích.
"Zjistili, že 660kilometrová hranice je stejně složitá jako povrchová vrstva," řekla seismoložka Christina Hauserová, odborná asistentka na Tokijském technologickém institutu, která se na studii nepodílela. „Použít seismické vlny vytvořené silnými zemětřeseními k nalezení tříkilometrového rozdílu ve výšce terénu 3 kilometrů hluboko pod zemí je nepředstavitelný výkon... Jejich objevy znamenají, že v budoucnu, s použitím důmyslnějších seismických přístrojů, budeme schopni detekovat dříve neznámé, jemné signály, které nám odhalí nové vlastnosti vnitřních vrstev naší planety.
Seismoložka Jessica Irvingová, odborná asistentka geofyziky, drží dva meteority ze sbírky Princetonské univerzity, které obsahují železo a jsou považovány za součást planety Země.
Fotografie pořídil Denis Appelwhite.
Co to znamená?
Existence drsných povrchů podél 660-kilometrové hranice je důležitá pro pochopení toho, jak se naše planeta formuje a funguje. Tato vrstva rozděluje plášť, který tvoří asi 84 procent objemu naší planety, na horní a spodní část. Geologové léta diskutovali o tom, jak důležitá je tato hranice. Zejména zkoumali, jak se teplo přenáší pláštěm - a zda se zahřáté horniny pohybují od Gutenbergovy hranice (vrstva oddělující plášť od jádra v hloubce 2900 kilometrů) až k vrcholu pláště, nebo zda se tento pohyb je přerušena na hranici 660 kilometrů. Některé geochemické a mineralogické důkazy naznačují, že horní a spodní vrstvy pláště mají různé chemické složení, což podporuje myšlenku, že tyto dvě vrstvy jsou tepelně nebo fyzikálně nemísitelné. Jiná pozorování naznačují, že horní a spodní vrstva pláště nemají žádný chemický rozdíl, což vede k debatě o takzvaném „dobře promíchaném plášti“, kde se obě vrstvy pláště účastní sousedního cyklu výměny tepla.
"Naše studie poskytuje nové pohledy na tuto debatu," řekl Wenbo Wu. Údaje získané z této studie naznačují, že obě strany mohou mít částečně pravdu. Hladší vrstvy hranice 660 km mohly vzniknout v důsledku důkladného vertikálního promíchání, kde se mohly vytvořit drsnější horské zóny, kde míchání svrchního a spodního pláště neprobíhalo tak hladce.
Vědci z výzkumu navíc ve velkých, středních a malých měřítcích detekovali „drsnost“ vrstvy na nalezené hranici, která by teoreticky mohla být způsobena tepelnými anomáliemi nebo chemickou heterogenitou. Ale kvůli způsobu, jakým se teplo v plášti přenáší, vysvětluje Wu, jakákoliv malá tepelná anomálie by byla během několika milionů let vyrovnána. Drsnost této vrstvy tedy může vysvětlit pouze chemická heterogenita.
Co by mohlo způsobit tak významnou chemickou heterogenitu? Například výskyt hornin ve vrstvách pláště, které patřily k zemské kůře a pohybovaly se tam po mnoho milionů let. Vědci dlouho diskutovali o osudu desek na mořském dně, které jsou zatlačeny do pláště subdukčními zónami, které se srazí kolem Tichého oceánu a dalších částí zeměkoule. Weibo Wu a Jessica Irving naznačují, že zbytky těchto desek se nyní mohou nacházet nad nebo pod hranicí 660 kilometrů.
„Mnoho lidí věří, že je docela obtížné studovat vnitřní strukturu planety a její změny za posledních 4.5 miliardy let pouze za použití dat seismických vln. „To ale zdaleka není pravda!" řekl Irving. „Tento výzkum nám dal nové informace o osudu starověkých tektonických desek, které sestoupily do pláště během mnoha miliard let."
Nakonec Irving dodal: "Myslím, že seismologie je nejzajímavější, když nám pomáhá pochopit vnitřní strukturu naší planety v prostoru a čase."
Od autora překladu: Vždy jsem chtěl zkusit přeložit populárně vědecký článek z angličtiny do ruštiny, ale nečekal jsem to pokud je to komplikované. Velký respekt těm, kteří pravidelně a efektivně překládají články o Habré. K profesionálnímu překladu textu potřebujete nejen umět anglicky, ale také porozumět samotnému tématu studiem zdrojů třetích stran. Přidejte trochu „roubíku“, aby to znělo přirozeněji, ale také to nepřehánějte, abyste článek nezkazili. Díky moc za přečtení :)
Zdroj: www.habr.com