همه دانش آموزان می دانند که سیاره زمین به سه (یا چهار) لایه بزرگ تقسیم می شود: پوسته، گوشته و هسته. این به طور کلی درست است، اگرچه این تعمیم چندین لایه اضافی شناسایی شده توسط دانشمندان را در نظر نمی گیرد، که برای مثال یکی از آنها لایه گذار درون گوشته است.
در مطالعه ای که در 15 فوریه 2019 منتشر شد، جسیکا ایروینگ، ژئوفیزیکدان و دانشجوی کارشناسی ارشد ونبو وو از دانشگاه پرینستون، با همکاری سیداو نی از موسسه ژئودتیک و ژئوفیزیک در چین، از داده های به دست آمده از زلزله قدرتمند سال 1994 در بولیوی برای یافتن کوه ها استفاده کردند. و سایر ویژگی های توپوگرافی در سطح منطقه گذار در اعماق گوشته. این لایه که در 660 کیلومتری زیر زمین قرار دارد، گوشته بالایی و پایینی را از هم جدا می کند (بدون نام رسمی برای این لایه، محققان به سادگی آن را "مرز 660 کیلومتری" نامیدند).
دانشمندان برای «نگاه کردن» به چنین عمقی در زیر زمین، از قوی ترین امواج روی این سیاره استفاده کردند که در اثر زمین لرزه های قوی ایجاد می شوند. جسیکا ایروینگ، استادیار علوم زمین گفت: «شما برای تکان دادن زمین به یک زلزله قوی و عمیق نیاز دارید.
زلزله‌های بزرگ بسیار قوی‌تر از زلزله‌های معمولی هستند که انرژی آنها با هر پله افزایش در مقیاس ریشتر 30 برابر می‌شود. ایروینگ بهترین داده های خود را از زمین لرزه هایی با بزرگی 7.0 و بالاتر به دست می آورد، زیرا امواج لرزه ای ارسال شده توسط چنین زمین لرزه های بزرگی در جهات مختلف پخش می شوند و می توانند از طریق هسته به سمت دیگر سیاره بروند و برگردند. برای این مطالعه، داده‌های کلیدی از امواج لرزه‌ای به دست آمد که از زمین‌لرزه‌ای به بزرگی 8.3 - دومین زمین‌لرزه عمیق‌ترین زمین‌لرزه‌ای که تاکنون توسط زمین‌شناسان ثبت شده است - که در سال 1994 بولیوی را لرزاند، ثبت شد.
«زلزله هایی با این بزرگی اغلب اتفاق نمی افتد. ما بسیار خوش شانس هستیم که در حال حاضر نسبت به 20 سال پیش، تعداد بسیار بیشتری لرزه نگار در سراسر جهان نصب شده است. لرزه شناسی نیز در 20 سال گذشته به لطف ابزارهای جدید و قدرت کامپیوتری تغییرات زیادی کرده است.
زلزله شناسان و دانشمندان داده از ابررایانه هایی مانند ابررایانه خوشه ببر پرینستون برای شبیه سازی رفتار پیچیده پراکندگی امواج لرزه ای در اعماق زمین استفاده می کنند.
فن آوری ها بر اساس ویژگی های اساسی امواج است: توانایی آنها در انعکاس و شکست. همانطور که امواج نور هنگام عبور از یک منشور می توانند از آینه منعکس شوند یا خم شوند، امواج لرزه ای نیز از سنگ های همگن عبور می کنند اما زمانی که در مسیر خود با سطوح ناهموار روبرو می شوند منعکس یا شکست می شوند.
ونبو وو، نویسنده اصلی این مطالعه، که اخیراً دکترای خود را در زمین شناسی دریافت کرده و در حال حاضر در حال دنبال کردن دوره فوق دکتری در مؤسسه فناوری کالیفرنیا است، گفت: «ما می دانیم که تقریباً همه اجسام دارای سطوح ناهموار هستند و بنابراین می توانند نور را پراکنده کنند. "به لطف این واقعیت، ما می توانیم این اشیاء را "ببینیم" - امواج پراکنده اطلاعاتی در مورد ناهمواری سطوحی که در مسیر خود با آنها مواجه می شوند را حمل می کنند. در این مطالعه، ما امواج لرزه‌ای پراکنده‌ای را که در اعماق زمین حرکت می‌کردند، بررسی کردیم تا «زبری» مرز ۶۶۰ کیلومتری پیدا شده را تعیین کنیم.
محققان از این که چقدر این مرز "خشن" است - حتی بیشتر از لایه سطحی که روی آن زندگی می کنیم، شگفت زده شدند. وو گفت: «به عبارت دیگر، این لایه زیرزمینی توپوگرافی پیچیده‌تری نسبت به کوه‌های راکی یا سیستم کوه‌های آپالاچی دارد. مدل آماری آنها قادر به تعیین ارتفاع دقیق این کوه‌های زیرزمینی نبود، اما احتمال زیادی وجود دارد که آنها بسیار بالاتر از هر چیزی در سطح زمین باشند. دانشمندان همچنین متوجه شدند که مرز 660 کیلومتری نیز به طور نابرابر توزیع شده است. همانطور که لایه خشکی در برخی قسمت‌ها دارای سطوح اقیانوسی صاف و در برخی دیگر از کوه‌های عظیم است، مرز 660 کیلومتری نیز دارای مناطق ناهموار و لایه‌های صاف در سطح خود است. محققان همچنین لایه‌های زیرزمینی را در عمق 410 کیلومتری و در بالای گوشته میانی بررسی کردند، اما نتوانستند ناهمواری مشابهی را در این سطوح بیابند.
کریستینا هاوزر زلزله شناس، استادیار موسسه فناوری توکیو که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: «آنها دریافتند که مرز 660 کیلومتری به اندازه لایه سطحی پیچیده است. "استفاده از امواج لرزه ای ایجاد شده توسط زمین لرزه های قدرتمند برای یافتن یک اختلاف 3 کیلومتری در ارتفاع زمین در عمق 660 کیلومتری زیرزمین یک شاهکار غیرقابل تصور است... اکتشافات آنها به این معنی است که در آینده، با استفاده از ابزارهای لرزه نگاری پیشرفته تر، ما خواهیم بود. قادر به تشخیص سیگنال های ناشناخته قبلی است که ویژگی های جدید لایه های داخلی سیاره ما را برای ما آشکار می کند.
جسیکا ایروینگ، لرزه‌شناس، استادیار ژئوفیزیک، دو شهاب‌سنگ از مجموعه دانشگاه پرینستون را در اختیار دارد که حاوی آهن است و گمان می‌رود بخشی از سیاره زمین باشد.
عکس گرفته شده توسط Denis Appelwhite.
این یعنی چی؟
وجود سطوح ناهموار در امتداد مرز 660 کیلومتری برای درک چگونگی شکل گیری و عملکرد سیاره ما مهم است. این لایه گوشته را که حدود 84 درصد از حجم سیاره ما را تشکیل می دهد، به دو بخش بالا و پایین تقسیم می کند. سال‌هاست که زمین‌شناسان درباره اهمیت این مرز بحث کرده‌اند. به طور خاص، آنها بررسی کردند که چگونه گرما از طریق گوشته منتقل می شود - و اینکه آیا سنگ های گرم شده از مرز گوتنبرگ (لایه جداکننده گوشته از هسته در عمق 2900 کیلومتری) تا بالای گوشته حرکت می کنند، یا اینکه آیا این حرکت در مرز 660 کیلومتری قطع می شود. برخی شواهد ژئوشیمیایی و کانی‌شناسی نشان می‌دهند که لایه‌های بالایی و پایینی گوشته دارای ترکیبات شیمیایی متفاوتی هستند و این ایده را تایید می‌کند که این دو لایه از نظر حرارتی یا فیزیکی غیرقابل اختلاط هستند. مشاهدات دیگر حاکی از آن است که لایه‌های بالایی و پایینی گوشته هیچ تفاوت شیمیایی ندارند و همین امر باعث ایجاد بحث در مورد به اصطلاح «گوشته خوب مخلوط شده» می‌شود، جایی که هر دو لایه گوشته در یک چرخه تبادل حرارت مجاور شرکت می‌کنند.
ونبو وو گفت: «مطالعه ما بینش جدیدی در مورد این بحث ارائه می دهد. داده های به دست آمده از این مطالعه نشان می دهد که هر دو طرف ممکن است تا حدی حق داشته باشند. طبقات هموارتر از مرز 660 کیلومتری ممکن است به دلیل اختلاط کامل و عمودی تشکیل شده باشد، جایی که مناطق ناهموارتر و کوهستانی ممکن است در جایی که اختلاط گوشته بالایی و پایینی به آرامی انجام نشده است، تشکیل شده باشد.
علاوه بر این، "زبری" لایه در مرز یافت شده در مقیاس های بزرگ، متوسط و کوچک توسط دانشمندان محقق شناسایی شد که در تئوری می تواند ناشی از ناهنجاری های حرارتی یا ناهمگنی شیمیایی باشد. وو توضیح می دهد که به دلیل نحوه انتقال گرما در گوشته، هر ناهنجاری حرارتی در مقیاس کوچک در عرض چند میلیون سال برطرف می شود. بنابراین، تنها ناهمگنی شیمیایی می تواند ناهمواری این لایه را توضیح دهد.
چه چیزی می تواند باعث چنین ناهمگنی شیمیایی قابل توجهی شود؟ به عنوان مثال، پیدایش سنگ‌هایی در لایه‌های گوشته که به پوسته زمین تعلق داشتند و طی میلیون‌ها سال به آنجا منتقل شدند. دانشمندان مدت‌هاست درباره سرنوشت صفحات کف دریا که توسط مناطق فرورانش که در اطراف اقیانوس آرام و سایر نقاط کره زمین با هم برخورد می‌کنند به گوشته رانده شده‌اند، بحث کرده‌اند. Weibo Wu و Jessica Irving پیشنهاد می کنند که بقایای این صفحات ممکن است در حال حاضر بالاتر یا پایین تر از مرز 660 کیلومتری باشند.
بسیاری از مردم بر این باورند که مطالعه ساختار داخلی سیاره و تغییرات آن در 4.5 میلیارد سال گذشته تنها با استفاده از داده های امواج لرزه ای بسیار دشوار است. ایروینگ گفت: «اما این دور از واقعیت است!» این تحقیق اطلاعات جدیدی در مورد سرنوشت صفحات تکتونیکی باستانی به ما داده است که طی چندین میلیارد سال به گوشته فرود آمده‌اند.
در نهایت، ایروینگ اضافه کرد: «فکر می‌کنم زلزله‌شناسی زمانی جالب‌تر است که به ما کمک کند ساختار درونی سیاره خود را در فضا و زمان درک کنیم.»
از نویسنده ترجمه: همیشه می خواستم دستم را در ترجمه یک مقاله علمی عامه پسند از انگلیسی به روسی امتحان کنم، اما انتظارش را نداشتم. تا آنجا که هست پیچیده است با احترام به کسانی که به طور منظم و کارآمد مقالاتی در هابره ترجمه می کنند. برای ترجمه حرفه ای یک متن، نه تنها باید انگلیسی بلد باشید، بلکه باید با مطالعه منابع شخص ثالث، خود موضوع را نیز درک کنید. کمی "گس" اضافه کنید تا طبیعی تر به نظر برسد، اما در آن زیاده روی نکنید تا مقاله خراب نشود. از مطالعه شما بسیار متشکریم :)
منبع: www.habr.com