Svi školarci znaju da je planet Zemlja podijeljen na tri (ili četiri) velika sloja: koru, plašt i jezgru. Općenito, to je točno, iako ova generalizacija ne uzima u obzir nekoliko dodatnih slojeva koje su znanstvenici identificirali, od kojih je jedan, na primjer, prijelazni sloj unutar plašta.
U studiji objavljenoj 15. veljače 2019., geofizičarka Jessica Irving i diplomirani student Wenbo Wu sa Sveučilišta Princeton, u suradnji sa Sidao Ni iz Geodetskog i geofizičkog instituta u Kini, koristili su podatke iz snažnog potresa u Boliviji 1994. kako bi locirali planine i druge topografske podatke. značajke na površini prijelazne zone duboko unutar plašta. Ovaj sloj, koji se nalazi 660 kilometara ispod zemlje, razdvaja gornji i donji dio plašta (bez formalnog naziva za ovaj sloj, istraživači su ga jednostavno nazvali "granica od 660 km").
Kako bi "pogledali" tako duboko u podzemlje, znanstvenici su koristili najjače valove na planetu, uzrokovane najjačim potresima. "Potreban vam je veliki, duboki potres da uzdrma planet", rekla je Jessica Irving, asistentica profesora geofizičkih znanosti.
Veliki potresi puno su jači od normalnih - čija energija raste 30 puta sa svakim dodatnim korakom prema Richteru. Irving najbolje podatke dobiva iz potresa magnitude 7.0 i više, jer se seizmički valovi koje šalju tako snažni potresi razilaze i mogu putovati kroz jezgru na drugu stranu planeta i natrag. Za ovu studiju ključni podaci dobiveni su iz seizmičkih valova koji su zabilježeni iz potresa magnitude 8.3 - drugog najdubljeg potresa koji su geolozi ikada zabilježili - koji je potresao Boliviju 1994. godine.
“Potresi ove magnitude se ne događaju često. Vrlo smo sretni što je sada diljem svijeta instalirano mnogo više seizmometra nego prije 20 godina. Seizmologija se također dosta promijenila u posljednjih 20 godina zahvaljujući novim alatima i snazi računala.
Seizmolozi i znanstvenici koriste superračunala kao što je Princeton Tiger Cluster Supercomputer za simulaciju složenog ponašanja raspršenih seizmičkih valova duboko pod zemljom.
Tehnologije se temelje na temeljnim svojstvima valova: njihovoj sposobnosti refleksije i loma. Baš kao što se svjetlosni valovi mogu odbiti (reflektirati) od zrcala ili savijati (lomiti) kada prolaze kroz prizmu, seizmički valovi putuju kroz homogene stijene, ali se reflektiraju ili lome kada na putu naiđu na hrapave površine.
"Znamo da gotovo svi objekti imaju neravne površine i stoga mogu raspršiti svjetlost", rekao je Wenbo Wu, glavni autor studije, koji je nedavno doktorirao geonomiju i sada je postdoktorand na Kalifornijskom institutu za tehnologiju. “Zahvaljujući ovoj činjenici možemo “vidjeti” te objekte - raspršeni valovi nose informacije o hrapavosti površina s kojima se susreću na putu. U ovoj studiji proučavali smo raspršene seizmičke valove koji se šire duboko unutar Zemlje kako bismo odredili "hrapavost" pronađene granice od 660 kilometara."
Istraživači su bili iznenađeni koliko je ta granica "gruba" - čak i više nego površinski sloj na kojem živimo. "Drugim riječima, ovaj podzemni sloj ima složeniju topografiju od Stjenjaka ili planinskog sustava Appalachian", rekao je Wu. Njihov statistički model nije uspio odrediti točnu visinu ovih podzemnih planina, ali postoji velika mogućnost da su puno više od bilo čega na površini Zemlje. Znanstvenici su primijetili i da je granica od 660 kilometara također neravnomjerno raspoređena. Na isti način na koji kopneni sloj ima glatku površinu oceana u nekim dijelovima i masivne planine u drugim, granica od 660 km također ima grube zone i glatke slojeve na svojoj površini. Istraživači su također proučavali podzemne slojeve na dubini od 410 kilometara i na vrhu srednjeg sloja plašta, ali nisu mogli pronaći sličnu hrapavost tih površina.
"Otkrili su da je granica od 660 kilometara složena kao i površinski sloj zemlje", rekla je seizmologinja Kristina Hauser, docentica na Tokijskom institutu za tehnologiju, koja nije bila uključena u studiju. “Korištenje seizmičkih valova stvorenih snažnim potresima za pronalaženje razlike od 3 kilometra u nadmorskoj visini 660 kilometara duboko pod zemljom je nezamisliv pothvat.… Njihova otkrića znače da ćemo u budućnosti, koristeći sofisticiranije seizmičke instrumente, moći detektirati dosad nepoznate, suptilne signale koji će nam otkriti nova svojstva unutarnjih slojeva našeg planeta.
Seizmologinja Jessica Irving, asistentica profesora geofizike, drži dva meteorita iz zbirke Sveučilišta Princeton koji sadrže željezo i za koje se vjeruje da su dio planeta Zemlje.
Fotografiju snimio Denis Appelwhite.
Što to znači?
Postojanje hrapavih površina na granici od 660 km bitno je za razumijevanje kako je naš planet formiran i funkcionira. Ovaj sloj dijeli plašt, koji čini oko 84 posto volumena našeg planeta, na gornji i donji dio. Godinama su geolozi raspravljali o važnosti ove granice. Konkretno, proučavali su kako se toplina prenosi kroz plašt - i kreću li se zagrijane stijene od Gutenbergove granice (sloj koji odvaja plašt od jezgre na dubini od 2900 kilometara) do vrha plašta ili se to kretanje prekida se na granici od 660 kilometara. Neki geokemijski i mineraloški dokazi sugeriraju da gornji i donji sloj plašta imaju različite kemijske sastave, podupirući ideju da se oba sloja ne miješaju termički ili fizički. Druga opažanja sugeriraju da gornji i donji sloj plašta nemaju nikakve kemijske razlike, što dovodi do takozvanog spora "dobro izmiješanog plašta", gdje oba sloja plašta sudjeluju u susjednom ciklusu izmjene topline.
"Naša studija pruža novu perspektivu na ovu kontroverzu", rekao je Wenbo Wu. Podaci iz ove studije sugeriraju da bi obje strane mogle biti djelomično u pravu. Glatkiji slojevi na granici od 660 km mogu biti posljedica temeljitog, vertikalnog miješanja, gdje su možda formirane grublje, planinske zone gdje se miješanje gornjeg i donjeg sloja plašta nije odvijalo glatko.
Osim toga, znanstvenici su otkrili "hrapavost" sloja na pronađenoj granici u velikim, srednjim i malim razmjerima, što bi u teoriji moglo biti uzrokovano toplinskim anomalijama ili kemijskom heterogenošću. Ali zbog načina na koji se toplina prenosi u plaštu, objašnjava Wu, svaka manja toplinska anomalija bila bi izglađena u roku od nekoliko milijuna godina. Dakle, samo kemijska heterogenost može objasniti hrapavost ovog sloja.
Što bi mogao biti razlog tako značajne kemijske heterogenosti? Na primjer, pojava stijena u slojevima plašta koje su pripadale zemljinoj kori i tamo se kretale tijekom mnogo milijuna godina. Znanstvenici su dugo raspravljali o sudbini ploča na morskom dnu koje su gurnute u plašt u zonama subdukcije koje se sudaraju oko Tihog oceana i drugdje na kugli zemaljskoj. Weibo Wu i Jessica Irving sugeriraju da bi ostaci ovih ploča sada mogli biti iznad ili ispod granice od 660 km.
“Mnogi vjeruju da je prilično teško proučavati unutarnju strukturu planeta i njezine promjene u proteklih 4.5 milijardi godina, samo pomoću podataka o seizmičkim valovima. Ali to je daleko od slučaja!- rekao je Irving - ova studija nam je dala nove informacije o sudbini drevnih tektonskih ploča koje su se spuštale u plašt tijekom mnogo milijardi godina.
Na kraju je Irving dodao: "Mislim da je seizmologija najzanimljivija kada nam pomaže razumjeti unutarnju strukturu našeg planeta u prostoru i vremenu."
Od autora prijevoda: Oduvijek sam se želio okušati u prevođenju znanstveno-popularnog članka s engleskog na ruski, ali nisam očekivao koliko god komplicirano je. Veliko poštovanje za one koji redovito i učinkovito prevode članke na Habréu. Da biste profesionalno preveli tekst, morate ne samo znati engleski, već i razumjeti samu temu proučavajući izvore trećih strana. Dodajte malo "gega" da zvuči prirodnije, ali nemojte pretjerivati da ne pokvarite članak. Hvala vam puno na čitanju 🙂
Izvor: www.habr.com