Όλοι οι μαθητές γνωρίζουν ότι ο πλανήτης Γη χωρίζεται σε τρία (ή τέσσερα) μεγάλα στρώματα: τον φλοιό, τον μανδύα και τον πυρήνα. Σε γενικές γραμμές, αυτό είναι αλήθεια, αν και αυτή η γενίκευση δεν λαμβάνει υπόψη πολλά πρόσθετα στρώματα που έχουν εντοπίσει οι επιστήμονες, ένα από τα οποία, για παράδειγμα, είναι το μεταβατικό στρώμα μέσα στον μανδύα.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 15 Φεβρουαρίου 2019, η γεωφυσικός Jessica Irving και ο μεταπτυχιακός φοιτητής Wenbo Wu του Πανεπιστημίου Princeton, σε συνεργασία με τον Sidao Ni του Γεωδαιτικού και Γεωφυσικού Ινστιτούτου στην Κίνα, χρησιμοποίησαν δεδομένα από τον τεράστιο σεισμό της Βολιβίας του 1994 για να εντοπίσουν βουνά. και άλλα τοπογραφικά χαρακτηριστικά στην επιφάνεια της μεταβατικής ζώνης βαθιά μέσα στον μανδύα. Αυτό το στρώμα, που βρίσκεται 660 χιλιόμετρα κάτω από τη γη, χωρίζει το ανώτερο και το κάτω μέρος του μανδύα (χωρίς να έχουν επίσημη ονομασία για αυτό το στρώμα, οι ερευνητές το ονόμασαν απλώς «660 km όριο»).
Για να «φαίνονται» τόσο βαθιά κάτω από τη γη, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τα πιο ισχυρά κύματα στον πλανήτη, που προκαλούνται από τους ισχυρότερους σεισμούς. «Χρειάζεσαι έναν μεγάλο, βαθύ σεισμό για να ταρακουνήσεις τον πλανήτη», είπε η Τζέσικα Ίρβινγκ, επίκουρη καθηγήτρια γεωφυσικών επιστημών.
Οι μεγάλοι σεισμοί είναι πολύ πιο ισχυροί από τους κανονικούς - η ενέργεια των οποίων αυξάνεται 30 φορές με κάθε πρόσθετο βήμα στην κλίμακα Ρίχτερ. Ο Ίρβινγκ λαμβάνει τα καλύτερα δεδομένα του από σεισμούς μεγέθους 7.0 και άνω, επειδή τα σεισμικά κύματα που εκπέμπονται από τέτοιους ισχυρούς σεισμούς αποκλίνουν και μπορούν να ταξιδέψουν μέσω του πυρήνα στην άλλη πλευρά του πλανήτη και πίσω. Για αυτήν τη μελέτη, βασικά δεδομένα ελήφθησαν από σεισμικά κύματα που καταγράφηκαν από σεισμό μεγέθους 8.3 Ρίχτερ - τον δεύτερο βαθύτερο σεισμό που καταγράφηκε ποτέ από γεωλόγους - που συγκλόνισε τη Βολιβία το 1994.
«Σεισμοί αυτού του μεγέθους δεν συμβαίνουν συχνά. Είμαστε πολύ τυχεροί που υπάρχουν τώρα πολύ περισσότερα σεισόμετρα εγκατεστημένα σε όλο τον κόσμο από ό,τι πριν από 20 χρόνια. Η σεισμολογία έχει επίσης αλλάξει πολύ τα τελευταία 20 χρόνια χάρη στα νέα εργαλεία και την ισχύ των υπολογιστών.
Οι σεισμολόγοι και οι επιστήμονες δεδομένων χρησιμοποιούν υπερυπολογιστές όπως ο υπερυπολογιστής Princeton Tiger Cluster για να προσομοιώσουν τη σύνθετη συμπεριφορά της σκέδασης σεισμικών κυμάτων βαθιά κάτω από το έδαφος.
Οι τεχνολογίες βασίζονται στις θεμελιώδεις ιδιότητες των κυμάτων: την ικανότητά τους να ανακλούν και να διαθλούν. Ακριβώς όπως τα κύματα φωτός μπορούν να αναπηδήσουν (αντανακλούν) από έναν καθρέφτη ή να κάμπτονται (διαθλούν) όταν περνούν μέσα από ένα πρίσμα, τα σεισμικά κύματα ταξιδεύουν μέσα από ομοιογενείς βράχους αλλά αντανακλώνται ή διαθλώνται όταν συναντούν τραχιές επιφάνειες κατά τη διαδρομή.
"Γνωρίζουμε ότι σχεδόν όλα τα αντικείμενα έχουν ανώμαλες επιφάνειες και επομένως μπορούν να διασκορπίσουν το φως", δήλωσε ο Wenbo Wu, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, ο οποίος πρόσφατα έλαβε το διδακτορικό του στη γεωνομία και είναι τώρα μεταδιδακτορικός υπότροφος στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια. «Χάρη σε αυτό το γεγονός, μπορούμε να «δούμε» αυτά τα αντικείμενα - τα κύματα σκέδασης μεταφέρουν πληροφορίες σχετικά με την τραχύτητα των επιφανειών που συναντούν στο δρόμο. Σε αυτή τη μελέτη, μελετήσαμε τα σεισμικά κύματα που διαδίδονται βαθιά μέσα στη Γη για να προσδιορίσουμε την «τραχύτητα» του ορίου των 660 χιλιομέτρων που βρέθηκε».
Οι ερευνητές εξεπλάγησαν πόσο «τραχύ» είναι αυτό το όριο - ακόμη περισσότερο από το επιφανειακό στρώμα στο οποίο ζούμε. «Με άλλα λόγια, αυτό το υπόγειο στρώμα έχει πιο περίπλοκη τοπογραφία από τα Βραχώδη Όρη ή το σύστημα των Αππαλαχίων», είπε ο Γου. Το στατιστικό τους μοντέλο δεν μπόρεσε να προσδιορίσει τα ακριβή ύψη αυτών των υπόγειων βουνών, αλλά υπάρχει μεγάλη πιθανότητα να είναι πολύ υψηλότερα από οτιδήποτε άλλο στην επιφάνεια της Γης. Οι επιστήμονες παρατήρησαν επίσης ότι τα σύνορα των 660 χιλιομέτρων είναι επίσης άνισα κατανεμημένα. Με τον ίδιο τρόπο που το χερσαίο στρώμα έχει λεία επιφάνεια του ωκεανού σε ορισμένα μέρη και ογκώδη βουνά σε άλλα, το όριο των 660 km έχει επίσης τραχιές ζώνες και λεία στρώματα στην επιφάνειά του. Οι ερευνητές μελέτησαν επίσης υπόγεια στρώματα σε βάθος 410 χιλιομέτρων και στην κορυφή του μεσαίου στρώματος του μανδύα, αλλά δεν μπόρεσαν να βρουν παρόμοια τραχύτητα αυτών των επιφανειών.
«Διαπίστωσαν ότι το όριο των 660 χιλιομέτρων είναι τόσο περίπλοκο όσο το επιφανειακό στρώμα της γης», δήλωσε η σεισμολόγος Kristina Hauser, επίκουρη καθηγήτρια στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Τόκιο, η οποία δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Η χρήση σεισμικών κυμάτων που δημιουργούνται από ισχυρούς σεισμούς για την εύρεση μιας διαφοράς 3 χιλιομέτρων σε υψόμετρο 660 χιλιομέτρων βάθος κάτω από το έδαφος είναι ένα αφάνταστο κατόρθωμα.… Τα ευρήματά τους σημαίνουν ότι στο μέλλον, χρησιμοποιώντας πιο εξελιγμένα σεισμικά όργανα, θα μπορούμε να ανιχνεύουμε προηγουμένως άγνωστες, λεπτές σήματα που θα μας αποκαλύψουν νέες ιδιότητες των εσωτερικών στρωμάτων του πλανήτη μας.
Η σεισμολόγος Τζέσικα Ίρβινγκ, επίκουρη καθηγήτρια Γεωφυσικής, κρατά δύο μετεωρίτες από τη συλλογή του Πανεπιστημίου του Πρίνστον που περιέχουν σίδηρο και πιστεύεται ότι αποτελούν μέρος των πλανητών γαιών.
Φωτογραφία τραβηγμένη από τον Denis Appelwhite.
Τι σημαίνει αυτό;
Η ύπαρξη τραχιών επιφανειών στα όρια των 660 km είναι απαραίτητη για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχηματίζεται και λειτουργεί ο πλανήτης μας. Αυτό το στρώμα χωρίζει τον μανδύα, που αποτελεί περίπου το 84 τοις εκατό του όγκου του πλανήτη μας, σε ανώτερα και κάτω τμήματα. Για χρόνια, οι γεωλόγοι συζητούσαν πόσο σημαντικό είναι αυτό το όριο. Συγκεκριμένα, μελέτησαν πώς μεταφέρεται η θερμότητα μέσω του μανδύα - και αν οι θερμαινόμενοι βράχοι μετακινούνται από το όριο του Gutenberg (το στρώμα που χωρίζει τον μανδύα από τον πυρήνα σε βάθος 2900 χιλιομέτρων) μέχρι την κορυφή του μανδύα ή αν αυτή η κίνηση διακόπτεται στο όριο των 660 χιλιομέτρων. Ορισμένα γεωχημικά και ορυκτολογικά στοιχεία υποδηλώνουν ότι το ανώτερο και το κάτω στρώμα του μανδύα έχουν διαφορετικές χημικές συνθέσεις, υποστηρίζοντας την ιδέα ότι και τα δύο στρώματα δεν αναμιγνύονται θερμικά ή φυσικά. Άλλες παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι ο άνω και ο κάτω μανδύας δεν έχουν καμία χημική διαφορά, προκαλώντας τη λεγόμενη διαμάχη «καλά αναμεμειγμένου μανδύα», όπου και τα δύο στρώματα του μανδύα συμμετέχουν σε έναν γειτονικό κύκλο ανταλλαγής θερμότητας.
«Η μελέτη μας παρέχει μια νέα προοπτική σε αυτή τη διαμάχη», είπε ο Wenbo Wu. Τα δεδομένα από αυτή τη μελέτη υποδηλώνουν ότι και οι δύο πλευρές μπορεί να έχουν εν μέρει δίκιο. Τα ομαλότερα στρώματα του ορίου των 660 km μπορεί να οφείλονται σε ενδελεχή, κατακόρυφη ανάμειξη, όπου μπορεί να έχουν σχηματιστεί πιο τραχιές, ορεινές ζώνες όπου η ανάμειξη του ανώτερου και του κατώτερου στρώματος του μανδύα δεν εξελίχθηκε τόσο ομαλά.
Επιπλέον, η «τραχύτητα» του στρώματος στο όριο που βρέθηκε βρέθηκε σε μεγάλες, μεσαίες και μικρές κλίμακες από ερευνητές, που θεωρητικά θα μπορούσαν να προκληθούν από θερμικές ανωμαλίες ή χημική ετερογένεια. Όμως, λόγω του τρόπου με τον οποίο η θερμότητα μεταφέρεται στον μανδύα, εξηγεί ο Wu, οποιαδήποτε μικρής κλίμακας θερμική ανωμαλία θα εξομαλυνθεί μέσα σε λίγα εκατομμύρια χρόνια. Έτσι, μόνο η χημική ετερογένεια μπορεί να εξηγήσει την τραχύτητα αυτού του στρώματος.
Ποιος θα μπορούσε να είναι ο λόγος για μια τόσο σημαντική χημική ετερογένεια; Για παράδειγμα, η εμφάνιση πετρωμάτων στα στρώματα του μανδύα που ανήκαν στον φλοιό της γης και μετακινήθηκαν εκεί για πολλά εκατομμύρια χρόνια. Οι επιστήμονες έχουν από καιρό διαφωνήσει για την τύχη των πλακών στον πυθμένα της θάλασσας που ωθούνται στον μανδύα σε ζώνες βύθισης που συγκρούονται γύρω από τον Ειρηνικό Ωκεανό και αλλού στον κόσμο. Ο Weibo Wu και η Jessica Irving προτείνουν ότι τα υπολείμματα αυτών των πλακών μπορεί τώρα να βρίσκονται πάνω ή κάτω από το όριο των 660 χιλιομέτρων.
«Πολλοί πιστεύουν ότι είναι αρκετά δύσκολο να μελετήσουμε την εσωτερική δομή του πλανήτη και τις αλλαγές του τα τελευταία 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια, χρησιμοποιώντας μόνο δεδομένα σεισμικών κυμάτων. Αλλά αυτό απέχει πολύ από την περίπτωση! - είπε ο Irving - αυτή η μελέτη μας έδωσε νέες πληροφορίες για την τύχη των αρχαίων τεκτονικών πλακών που κατέβηκαν στον μανδύα για πολλά δισεκατομμύρια χρόνια.
Στο τέλος, ο Irving πρόσθεσε: «Νομίζω ότι η σεισμολογία είναι πιο ενδιαφέρουσα όταν μας βοηθά να κατανοήσουμε την εσωτερική δομή του πλανήτη μας στο χώρο και στο χρόνο».
Από τον συγγραφέα της μετάφρασης: Πάντα ήθελα να δοκιμάσω τις δυνάμεις μου στη μετάφραση ενός δημοφιλούς επιστημονικού άρθρου από τα αγγλικά στα ρωσικά, αλλά δεν περίμενα όσον αφορά Είναι περίπλοκο. Μεγάλος σεβασμός για όσους μεταφράζουν τακτικά και αποτελεσματικά άρθρα στο Habré. Για να μεταφράσει κανείς επαγγελματικά ένα κείμενο, πρέπει όχι μόνο να γνωρίζει αγγλικά, αλλά και να κατανοεί το ίδιο το θέμα μελετώντας πηγές τρίτων. Προσθέστε λίγο "gag" για να ακούγεται πιο φυσικό, αλλά μην το παρακάνετε για να μην χαλάσετε το άρθρο. Σας ευχαριστώ πολύ που διαβάσατε 🙂
Πηγή: www.habr.com