Alle skolebørn ved, at planeten Jorden er opdelt i tre (eller fire) store lag: skorpen, kappen og kernen. Dette er generelt sandt, selvom denne generalisering ikke tager højde for flere yderligere lag identificeret af videnskabsmænd, hvoraf et for eksempel er overgangslaget i kappen.
I en undersøgelse offentliggjort 15. februar 2019 brugte geofysiker Jessica Irving og kandidatstuderende Wenbo Wu fra Princeton University i samarbejde med Sidao Ni fra Geodetic and Geophysical Institute i Kina data fra det kraftige jordskælv i 1994 i Bolivia til at finde bjergene. og andre topografiske træk på overfladen af overgangszonen dybt inde i kappen. Dette lag, der ligger 660 kilometer under jorden, adskiller den øvre og nedre kappe (uden et formelt navn for dette lag kaldte forskerne det blot "660-kilometer-grænsen").
For at "se" så dybt under jorden brugte videnskabsmænd de kraftigste bølger på planeten, forårsaget af stærke jordskælv. "Du har brug for et stærkt, dybt jordskælv for at ryste planeten," sagde Jessica Irving, assisterende professor i geovidenskab.
Store jordskælv er meget kraftigere end almindelige - hvis energi øges 30 gange for hvert yderligere trin op på Richter-skalaen. Irving får sine bedste data fra jordskælv med størrelsesordenen 7.0 og derover, fordi de seismiske bølger, der sendes ud af så store jordskælv, spreder sig i forskellige retninger og kan rejse gennem kernen til den anden side af planeten og tilbage. Til denne undersøgelse kom nøgledata fra seismiske bølger, der blev registreret fra et jordskælv med en styrke på 8.3 - det næstdybeste jordskælv nogensinde registreret af geologer - der rystede Bolivia i 1994.
»Jordskælv af denne størrelsesorden sker ikke ofte. Vi er meget heldige, at der nu er mange flere seismometre installeret rundt om i verden, end der var for 20 år siden. Seismologi har også ændret sig meget i de sidste 20 år, takket være nye instrumenter og computerkraft.
Seismologer og dataforskere bruger supercomputere, såsom Princetons Tiger-klyngesupercomputer, til at simulere den komplekse adfærd ved at sprede seismiske bølger dybt under jorden.
Teknologier er baseret på de grundlæggende egenskaber ved bølger: deres evne til at blive reflekteret og brydt. Ligesom lysbølger kan hoppe (reflektere) fra et spejl eller bøje (brydes), når de passerer gennem et prisme, rejser seismiske bølger gennem homogene klipper, men reflekteres eller brydes, når de møder ru overflader på deres vej.
"Vi ved, at næsten alle objekter har en ujævn overflade og derfor kan sprede lys," sagde Wenbo Wu, studiets hovedforfatter, som for nylig har opnået en doktorgrad i geonomie og i øjeblikket forfølger et postdoc-stipendium ved California Institute of Technology. "Takket være denne kendsgerning kan vi "se" disse objekter - spredende bølger bærer information om ruheden af de overflader, de møder på deres vej. I denne undersøgelse så vi på spredning af seismiske bølger, der rejser dybt inde i Jorden for at bestemme "ruheden" af den fundne 660-kilometer grænse."
Forskerne var overraskede over, hvor "ru" denne grænse er - i endnu højere grad end overfladelaget, vi lever på. "Med andre ord har dette underjordiske lag en topografi mere kompleks end Rocky Mountains eller Appalachian-bjergsystemet," sagde Wu. Deres statistiske model var ikke i stand til at bestemme de nøjagtige højder af disse underjordiske bjerge, men der er en god chance for, at de er meget højere end noget andet på jordens overflade. Forskere bemærkede også, at den 660 kilometer lange grænse også er ujævnt fordelt. På samme måde som landlaget har glatte havoverflader i nogle dele og massive bjerge i andre, har grænsen på 660 km også ru zoner og glatte lag på overfladen. Forskerne så også på de underjordiske lag i en dybde på 410 kilometer og på toppen af den midterste kappe, men var ikke i stand til at finde lignende ruhed i disse overflader.
"De fandt ud af, at grænsen på 660 kilometer er lige så kompleks som overfladelaget," sagde seismolog Christina Hauser, en assisterende professor ved Tokyo Institute of Technology, som ikke var involveret i undersøgelsen. "At bruge de seismiske bølger skabt af kraftige jordskælv til at finde en 3-kilometers forskel i højden af terrænet 660 kilometer dybt under jorden er en ufattelig bedrift... Deres opdagelser betyder, at vi i fremtiden vil bruge mere sofistikerede seismiske instrumenter. i stand til at detektere hidtil ukendte, subtile signaler, som vil afsløre for os nye egenskaber ved de indre lag af vores planet."
Seismolog Jessica Irving, assisterende professor i geofysik, har to meteoritter fra Princeton University-samlingen, der indeholder jern og menes at være en del af planeten Jorden.
Foto taget af Denis Appelwhite.
Hvad betyder det?
Eksistensen af ru overflader langs den 660 kilometer lange grænse er vigtig for at forstå, hvordan vores planet former sig og fungerer. Dette lag deler kappen, som udgør omkring 84 procent af vores planets volumen, i øvre og nedre sektioner. I årevis har geologer diskuteret, hvor vigtig denne grænse er. De undersøgte især, hvordan varme transporteres gennem kappen – og om opvarmede klipper bevæger sig fra Gutenberg-grænsen (laget, der adskiller kappen fra kernen i en dybde af 2900 kilometer) op til toppen af kappen, eller om denne bevægelse afbrydes ved 660-kilometers grænsen. Nogle geokemiske og mineralogiske beviser tyder på, at de øvre og nedre lag af kappen har forskellige kemiske sammensætninger, hvilket understøtter ideen om, at de to lag er termisk eller fysisk ublandbare. Andre observationer tyder på, at de øvre og nedre lag af kappen ikke har nogen kemisk forskel, hvilket giver anledning til debatten om den såkaldte "velblandede kappe", hvor begge lag af kappen deltager i en tilstødende varmevekslingscyklus.
"Vores undersøgelse giver ny indsigt i denne debat," sagde Wenbo Wu. Data opnået fra denne undersøgelse tyder på, at begge sider kan have delvis ret. De glattere lag af 660 km grænsen kan være dannet på grund af grundig, lodret blanding, hvor de mere ru, bjergrige zoner kan være dannet, hvor blandingen af den øvre og nedre kappe ikke forløb så jævnt.
Derudover blev "ruheden" af laget ved den fundne grænse opdaget på store, mellemstore og små skalaer af forskere, hvilket i teorien kunne være forårsaget af termiske anomalier eller kemisk heterogenitet. Men på grund af den måde, varme transporteres i kappen, forklarer Wu, vil enhver termisk anomali i lille målestok blive udjævnet inden for et par millioner år. Således kan kun kemisk heterogenitet forklare ruheden af dette lag.
Hvad kan forårsage en så betydelig kemisk heterogenitet? For eksempel udseendet af sten i lagene af kappen, der tilhørte jordskorpen og bevægede sig derhen over mange millioner år. Forskere har længe diskuteret skæbnen for plader på havbunden, der skubbes ind i kappen af subduktionszoner, der støder sammen omkring Stillehavet og andre dele af kloden. Weibo Wu og Jessica Irving foreslår, at rester af disse plader nu kan være over eller under grænsen på 660 kilometer.
"Mange mennesker tror, at det er ret svært at studere planetens indre struktur og dens ændringer i løbet af de sidste 4.5 milliarder år ved kun at bruge seismiske bølgedata. "Men dette er langt fra sandt!" sagde Irving. "Denne forskning har givet os ny information om skæbnen for gamle tektoniske plader, der faldt ned i kappen over mange milliarder år."
Endelig tilføjede Irving: "Jeg synes, seismologi er mest interessant, når den hjælper os med at forstå den indre struktur af vores planet i rum og tid."
Fra forfatteren af oversættelsen: Jeg har altid ønsket at prøve at oversætte en populærvidenskabelig artikel fra engelsk til russisk, men jeg havde ikke forventet det hvor meget det er kompliceret. Stor respekt til dem, der regelmæssigt og effektivt oversætter artikler om Habré. For at oversætte en tekst professionelt skal du ikke kun kende engelsk, men også at forstå selve emnet ved at studere tredjepartskilder. Tilføj en lille "gag" for at få det til at lyde mere naturligt, men heller ikke overdrive det, for ikke at ødelægge artiklen. Mange tak fordi du læste med :)
Kilde: www.habr.com