Kõik koolilapsed teavad, et planeet Maa jaguneb kolmeks (või neljaks) suureks kihiks: maakoor, vahevöö ja tuum. See on üldiselt tõsi, kuigi see üldistus ei võta arvesse mitmeid teadlaste tuvastatud täiendavaid kihte, millest üks on näiteks vahevöösisene üleminekukiht.
15. veebruaril 2019 avaldatud uuringus kasutasid geofüüsik Jessica Irving ja Princetoni ülikooli magistrant Wenbo Wu koostöös Hiina Geodeetilise ja Geofüüsika Instituudi Sidao Niga mägede leidmiseks 1994. aasta võimsa Boliivia maavärina käigus saadud andmeid. ja muud topograafilised tunnused üleminekuvööndi pinnal sügaval vahevöö sees. See 660 kilomeetrit maa all asuv kiht eraldab ülemise ja alumise vahevöö (ilma selle kihi ametliku nimetuseta nimetasid teadlased seda lihtsalt "660-kilomeetriseks piiriks").
Nii sügavale maa alla “vaatamiseks” kasutasid teadlased planeedi võimsaimaid laineid, mille põhjustasid tugevad maavärinad. "Planeedi raputamiseks on vaja tugevat ja sügavat maavärinat," ütles geoteaduste dotsent Jessica Irving.
Suured maavärinad on palju võimsamad kui tavalised, mille energia suureneb iga Richteri skaala täiendava astmega 30 korda. Irving saab oma parimad andmed maavärinate kohta, mille magnituudid on 7.0 ja rohkem, kuna nii suurte maavärinate poolt välja saadetud seismilised lained levivad erinevatesse suundadesse ja võivad liikuda läbi tuuma planeedi teisele poole ja tagasi. Selle uuringu jaoks saadi põhiandmed seismilistest lainetest, mis registreeriti 8.3-magnituudise maavärina ajal, mis on geoloogide poolt kunagi registreeritud sügavaim maavärin, mis raputas 1994. aastal Boliiviat.
"Sellise ulatusega maavärinaid ei juhtu sageli. Meil on väga vedanud, et praegu on üle maailma paigaldatud palju rohkem seismomeetreid kui 20 aastat tagasi. Tänu uutele instrumentidele ja arvutivõimsusele on seismoloogia viimase 20 aasta jooksul suuresti muutunud.
Seismoloogid ja andmeteadlased kasutavad superarvuteid, näiteks Princetoni Tiger-klastri superarvutit, et simuleerida sügaval maa all levivate seismiliste lainete keerulist käitumist.
Tehnoloogiad põhinevad lainete põhiomadustel: nende võimel peegelduda ja murduda. Nii nagu valguslained võivad prismat läbides peeglilt põrgata (peegelduda) või painduda (murduda), liiguvad seismilised lained läbi homogeensete kivimite, kuid peegelduvad või murduvad, kui nad oma teel puutuvad kokku kareda pinnaga.
"Me teame, et peaaegu kõigil objektidel on ebaühtlane pind ja seetõttu võivad nad valgust hajutada," ütles Wenbo Wu, uuringu juhtiv autor, kes omandas hiljuti geonoomia doktorikraadi ja omandab praegu California Tehnoloogiainstituudis järeldoktorantuuri. "Tänu sellele faktile saame neid objekte "näha" - hajuvad lained kannavad teavet nende pindade kareduse kohta, millega nad oma teel kokku puutuvad. Selles uuringus vaatlesime sügaval Maa sees liikuvaid seismilisi laineid, et teha kindlaks leitud 660-kilomeetrise piiri "karedus".
Teadlasi üllatas, kui "kare" see piir on – isegi rohkem kui pinnakiht, millel me elame. "Teisisõnu, selle maa-aluse kihi topograafia on keerulisem kui Kaljumägedel või Apalatšide mägisüsteemil, " ütles Wu. Nende statistiline mudel ei suutnud määrata nende maa-aluste mägede täpseid kõrgusi, kuid on hea võimalus, et need on palju kõrgemad kui miski Maa pinnal. Teadlased märkasid ka, et 660-kilomeetrine piir on samuti jaotunud ebaühtlaselt. Nii nagu maismaakihil on mõnel pool siledad ookeanipinnad ja mõnes osas massiivsed mäed, on 660 km piiril ka konarlikud tsoonid ja siledad kihid. Teadlased vaatasid ka maa-aluseid kihte 410 kilomeetri sügavusel ja keskmise vahevöö tipus, kuid neil pindadel ei õnnestunud sarnast karedust leida.
"Nad leidsid, et 660-kilomeetrine piir on sama keeruline kui pinnakiht," ütles seismoloog Christina Hauser, Tokyo Tehnoloogiainstituudi dotsent, kes ei osalenud uuringus. "Võimas maavärinate tekitatud seismiliste lainete kasutamine 3 kilomeetri sügavusel maa all asuval maastikul 660-kilomeetrise kõrguse erinevuse leidmiseks on kujuteldamatu saavutus... Nende avastused tähendavad, et tulevikus suudame keerukamaid seismilisi instrumente kasutades tuvastada varem tundmatuid peeneid signaale, mis paljastavad meile meie planeedi sisemiste kihtide uued omadused.
Seismoloog Jessica Irving, geofüüsika abiprofessor, hoiab Princetoni ülikooli kollektsioonist kahte meteoriiti, mis sisaldavad rauda ja arvatakse olevat osa planeedist Maa.
Foto tegi Denis Appelwhite.
Mis see tähendab?
Karedate pindade olemasolu piki 660-kilomeetrist piiri on oluline meie planeedi kujunemise ja toimimise mõistmiseks. See kiht jagab vahevöö, mis moodustab umbes 84 protsenti meie planeedi mahust, ülemiseks ja alumiseks osaks. Geoloogid on aastaid vaielnud, kui oluline see piir on. Eelkõige uurisid nad, kuidas soojust läbi vahevöö kandub – ja kas kuumutatud kivimid liiguvad Gutenbergi piirilt (kiht, mis eraldab vahevöö tuumast 2900 kilomeetri sügavusel) üles vahevöö tippu või kas see liikumine. katkeb 660-kilomeetrisel piiril. Mõned geokeemilised ja mineraloogilised tõendid viitavad sellele, et vahevöö ülemisel ja alumisel kihil on erinev keemiline koostis, mis toetab ideed, et need kaks kihti on termiliselt või füüsikaliselt segunematud. Teised tähelepanekud viitavad sellele, et vahevöö ülemisel ja alumisel kihil ei ole keemilisi erinevusi, mis põhjustab arutelu nn "hästi segatud vahevöö" üle, kus mõlemad vahevöö kihid osalevad külgnevas soojusvahetustsüklis.
"Meie uuring annab sellesse arutelusse uusi teadmisi, " ütles Wenbo Wu. Sellest uuringust saadud andmed viitavad sellele, et mõlemal poolel võib osaliselt õigus olla. 660 km piiri siledamad kihistused võisid tekkida põhjaliku vertikaalse segunemise tõttu, kus võisid tekkida karedamad mägised vööndid, kus ülemise ja alumise vahevöö segunemine ei kulgenud nii sujuvalt.
Lisaks tuvastasid teadlased suurel, keskmisel ja väikesel skaalal leitud piiril oleva kihi "karedust", mis teoreetiliselt võis olla tingitud termilistest anomaaliatest või keemilisest heterogeensusest. Kuid tänu sellele, kuidas soojust vahevöös transporditakse, tasandatakse kõik väikesemahulised termilised anomaaliad mõne miljoni aasta jooksul. Seega saab selle kihi karedust seletada ainult keemilise heterogeensusega.
Mis võib põhjustada sellise olulise keemilise heterogeensuse? Näiteks kivimite ilmumine vahevöö kihtidesse, mis kuulusid maapõue ja liikusid sinna paljude miljonite aastate jooksul. Teadlased on pikka aega vaielnud nende merepõhja plaatide saatuse üle, mis surutakse vahevöösse Vaikse ookeani ja teiste maakera osade ümber põrkuvate subduktsioonitsoonidega. Weibo Wu ja Jessica Irving viitavad sellele, et nende plaatide jäänused võivad nüüd olla 660-kilomeetrisest piirist kõrgemal või allpool.
«Paljud usuvad, et planeedi sisestruktuuri ja selle viimase 4.5 miljardi aasta jooksul toimunud muutusi on üsna raske uurida, kasutades ainult seismiliste lainete andmeid. "Kuid see pole kaugeltki tõsi!" ütles Irving. "See uurimus on andnud meile uut teavet iidsete tektooniliste plaatide saatuse kohta, mis laskusid vahevöösse paljude miljardite aastate jooksul."
Lõpuks lisas Irving: "Ma arvan, et seismoloogia on kõige huvitavam, kui see aitab meil mõista meie planeedi sisemist struktuuri ruumis ja ajas."
Tõlke autorilt: Tahtsin alati kätt proovida populaarteadusliku artikli tõlkimisel inglise keelest vene keelde, kuid ma ei oodanud seda millisel määral see on keeruline. Suur lugupidamine neile, kes tõlgivad regulaarselt ja tõhusalt Habrét käsitlevaid artikleid. Teksti professionaalseks tõlkimiseks ei pea te mitte ainult inglise keelt oskama, vaid ka kolmandate osapoolte allikaid uurides mõistma teemat ennast. Lisage veidi "kõla", et see kõlaks loomulikumalt, kuid ärge ka üle pingutage, et artiklit mitte rikkuda. Suur tänu lugemise eest :)
Allikas: www.habr.com