Öll skólabörn vita að plánetan Jörð er skipt í þrjú (eða fjögur) stór lög: skorpuna, möttulinn og kjarnann. Þetta er almennt rétt, þó að þessi alhæfing taki ekki tillit til nokkurra viðbótarlaga sem vísindamenn hafa greint, og eitt þeirra er til dæmis umbreytingarlagið innan möttulsins.
Í rannsókn sem birt var 15. febrúar 2019, notuðu jarðeðlisfræðingurinn Jessica Irving og meistaranemi Wenbo Wu við Princeton háskólann, í samvinnu við Sidao Ni frá Geodetic and Geophysical Institute í Kína, gögn sem fengust frá öflugum jarðskjálfta í Bólivíu árið 1994 til að finna fjöllin. og önnur staðfræðileg einkenni á yfirborði aðlögunarsvæðisins djúpt innan möttulsins. Þetta lag, sem er staðsett 660 kílómetra neðanjarðar, skilur að efri og neðri möttulinn (án formlegs nafns á þessu lagi kölluðu vísindamennirnir það einfaldlega „660 kílómetra mörkin“).
Til þess að „skoða“ svo djúpt neðanjarðar notuðu vísindamenn öflugustu öldurnar á jörðinni, af völdum sterkra jarðskjálfta. „Þú þarft sterkan, djúpan jarðskjálfta til að hrista plánetuna,“ sagði Jessica Irving, lektor í jarðvísindum.
Stórir jarðskjálftar eru mun öflugri en venjulegir — orkan þeirra eykst 30-falt með hverju skrefi upp á Richter. Irving fær bestu gögnin sín frá jarðskjálftum af stærðinni 7.0 og hærri vegna þess að skjálftabylgjur sem svo stórir skjálftar senda frá sér dreifast í mismunandi áttir og geta borist í gegnum kjarnann til hinnar hliðar plánetunnar og til baka. Fyrir þessa rannsókn komu lykilgögn frá skjálftabylgjum sem voru skráðar frá jarðskjálfta af stærðinni 8.3 - næstdýpsti jarðskjálfti sem jarðfræðingar hafa mælst - sem skók Bólivíu árið 1994.
„Jarðskjálftar af þessari stærðargráðu gerast ekki oft. Við erum mjög heppin að nú eru miklu fleiri jarðskjálftamælar settir upp um allan heim en fyrir 20 árum. Jarðskjálftafræði hefur einnig breyst mikið á síðustu 20 árum, þökk sé nýjum tækjum og tölvuafli.
Jarðskjálftafræðingar og gagnafræðingar nota ofurtölvur, eins og Princeton's Tiger cluster ofurtölvu, til að líkja eftir flókinni hegðun þess að dreifa skjálftabylgjum djúpt neðanjarðar.
Tæknin byggir á grundvallareiginleikum bylgna: getu þeirra til að endurkastast og brotna. Rétt eins og ljósbylgjur geta skoppað (endurkastast) af spegli eða beygt (brotnað) þegar þær fara í gegnum prisma, ferðast skjálftabylgjur í gegnum einsleitt berg en endurkastast eða brotna þegar þær lenda í grófu yfirborði á leið sinni.
„Við vitum að næstum allir hlutir hafa ójafnt yfirborð og geta þess vegna dreift ljósi,“ sagði Wenbo Wu, aðalhöfundur rannsóknarinnar, sem nýlega lauk doktorsprófi í landfræði og stundar nú doktorsnám við Tækniháskólann í Kaliforníu. „Þökk sé þessari staðreynd getum við „séð“ þessa hluti - dreifibylgjur bera upplýsingar um grófleika yfirborðanna sem þær mæta á leið sinni. Í þessari rannsókn skoðuðum við dreifingarskjálftabylgjur sem ferðast djúpt inni í jörðinni til að ákvarða „grófleika“ 660 kílómetra landamæranna sem fundust.
Rannsakendur voru hissa á því hversu "gróf" þessi mörk eru - jafnvel meira en yfirborðslagið sem við búum á. "Með öðrum orðum, þetta neðanjarðarlag hefur landslag flóknara en Klettafjöllin eða Appalachian fjallakerfið," sagði Wu. Tölfræðilíkan þeirra gat ekki ákvarðað nákvæma hæð þessara neðanjarðarfjalla, en það eru miklar líkur á að þau séu miklu hærri en nokkuð á yfirborði jarðar. Vísindamenn tóku einnig eftir því að 660 kílómetra landamærin eru einnig misdreifð. Á sama hátt og landlagið hefur slétt sjávaryfirborð sums staðar og stórfelld fjöll á öðrum, eru 660 km mörkin einnig með gróft svæði og slétt jarðlög á yfirborði þess. Rannsakendur skoðuðu einnig neðanjarðarlögin á 410 kílómetra dýpi og efst í miðmöttlinum, en gátu ekki fundið svipaðan grófleika á þessum flötum.
„Þeir komust að því að 660 kílómetra mörkin eru jafn flókin og yfirborðslagið,“ sagði jarðskjálftafræðingurinn Christina Hauser, lektor við Tækniháskólann í Tókýó sem tók ekki þátt í rannsókninni. „Að nota skjálftabylgjur sem skapast af öflugum jarðskjálftum til að finna 3 kílómetra mun á hæð landslagsins 660 kílómetra djúpt neðanjarðar er ólýsanlegt afrek... Uppgötvun þeirra þýðir að í framtíðinni, með því að nota flóknari skjálftamælingar, munum við verða fær um að greina áður óþekkt, fíngerð merki, sem munu sýna okkur nýja eiginleika innri laga plánetunnar okkar.
Jarðeðlisfræðingurinn Jessica Irving, lektor í jarðeðlisfræði, heldur á tveimur loftsteinum úr safni Princeton háskólans sem innihalda járn og eru taldir vera hluti af plánetunni jörðum.
Mynd tekin af Denis Appelwhite.
Hvað þýðir þetta?
Tilvist gróft yfirborð meðfram 660 kílómetra landamærunum er mikilvægt til að skilja hvernig plánetan okkar myndast og virkar. Þetta lag skiptir möttlinum, sem er um 84 prósent af rúmmáli plánetunnar okkar, í efri og neðri hluta. Í mörg ár hafa jarðfræðingar deilt um hversu mikilvæg þessi mörk eru. Sérstaklega rannsökuðu þeir hvernig varmi er fluttur í gegnum möttulinn - og hvort upphitað berg færist frá Gutenberg-mörkum (lagið sem skilur möttulinn frá kjarna á 2900 kílómetra dýpi) upp á topp möttulsins, eða hvort þessi hreyfing. er rofin við 660 kílómetra mörkin. Sumar jarðefnafræðilegar og steinefnafræðilegar vísbendingar benda til þess að efri og neðri lög möttulsins hafi mismunandi efnasamsetningu, sem styður þá hugmynd að lögin tvö séu varma- eða eðlisfræðilega óblandanleg. Aðrar athuganir benda til þess að efri og neðri lög möttulsins hafi engan efnamun, sem gefur tilefni til umræðu um svokallaðan „velblandaðan möttul,“ þar sem bæði lög möttulsins taka þátt í aðliggjandi hitaskiptalotu.
„Rannsókn okkar veitir nýja innsýn í þessa umræðu,“ sagði Wenbo Wu. Gögnin sem fengust úr þessari rannsókn benda til þess að báðar hliðar geti haft að hluta til rétt fyrir sér. Mögulega hafa sléttari jarðlög 660 km landamæranna myndast vegna ítarlegrar lóðréttrar blöndunar þar sem grófari, fjalllendu svæðin gætu hafa myndast þar sem blöndun efri og neðri möttuls gekk ekki eins vel fyrir sig.
Að auki var "grófleiki" lagsins við fundinn mörk greindur á stórum, meðalstórum og litlum mælikvarða af vísindamönnum, sem fræðilega gæti stafað af hitauppstreymi eða efnafræðilegum misleitni. En vegna þess hvernig varmi er fluttur í möttlinum, útskýrir Wu, myndi hvers kyns hitauppstreymi í litlum mæli jafnast út innan nokkurra milljóna ára. Þannig getur aðeins efnafræðileg misleitni útskýrt grófleika þessa lags.
Hvað gæti valdið svo verulegum efnafræðilegum misleitni? Sem dæmi má nefna ásýnd steina í lögum möttulsins sem tilheyrðu jarðskorpunni og fluttust þangað yfir margar milljónir ára. Vísindamenn hafa lengi deilt um örlög fleka á hafsbotni sem þrýst er inn í möttulinn af niðurleiðingarsvæðum sem rekast á í kringum Kyrrahafið og aðra hluta jarðar. Weibo Wu og Jessica Irving benda til þess að leifar af þessum plötum geti nú verið yfir eða undir 660 kílómetra mörkunum.
„Margir trúa því að það sé frekar erfitt að rannsaka innri byggingu plánetunnar og breytingar hennar á síðustu 4.5 milljörðum ára með því að nota eingöngu skjálftabylgjugögn. „En þetta er langt frá því að vera satt!“ sagði Irving. „Þessar rannsóknir hafa gefið okkur nýjar upplýsingar um afdrif fornra jarðvegsfleka sem hafa sigið niður í möttulinn á marga milljarða ára.“
Að lokum bætti Irving við: „Ég held að jarðskjálftafræði sé áhugaverðust þegar hún hjálpar okkur að skilja innri uppbyggingu plánetunnar okkar í rúmi og tíma.
Frá höfundi þýðingarinnar: Mig langaði alltaf að reyna að þýða dægurvísindagrein úr ensku yfir á rússnesku, en ég bjóst ekki við því hversu mikið það er flókið. Mikil virðing til þeirra sem þýða reglulega og vel greinar á Habré. Til að þýða texta á fagmannlegan hátt þarftu ekki aðeins að kunna ensku, heldur einnig að skilja efnið sjálft með því að rannsaka heimildir þriðja aðila. Bættu við smá „gaggi“ til að láta það hljóma eðlilegra, en líka ekki ofleika það, svo að ekki spilli greininni. Takk kærlega fyrir að lesa :)
Heimild: www.habr.com