כיצד רעידות האדמה החזקות של בוליביה חשפו הרים 660 קילומטרים מתחת לאדמה

כל תלמידי בית הספר יודעים שכדור הארץ מחולק לשלוש (או ארבע) שכבות גדולות: הקרום, המעטפת והליבה. זה נכון בדרך כלל, אם כי הכללה זו אינה לוקחת בחשבון מספר רבדים נוספים שזוהו על ידי מדענים, שאחד מהם, למשל, הוא שכבת המעבר בתוך המעטפת.

במחקר שפורסם ב-15 בפברואר 2019, הגיאופיזיקאית ג'סיקה אירווינג והסטודנטית לתואר שני Wenbo Wu מאוניברסיטת פרינסטון, בשיתוף עם Sidao Ni מהמכון הגיאודטי והגיאופיזי בסין, השתמשו בנתונים שהתקבלו מרעידת האדמה החזקה בבוליביה ב-1994 כדי למצוא את ההרים. ומאפיינים טופוגרפיים אחרים על פני אזור המעבר עמוק בתוך המעטפת. שכבה זו, הממוקמת 660 קילומטרים מתחת לאדמה, מפרידה בין המעטפת העליונה והתחתונה (ללא שם רשמי לשכבה זו, החוקרים פשוט כינו אותה "גבול 660 קילומטרים").

על מנת "להסתכל" כל כך עמוק מתחת לאדמה, מדענים השתמשו בגלים החזקים ביותר על פני כדור הארץ, שנגרמו על ידי רעידות אדמה חזקות. "צריך רעידת אדמה חזקה ועמוקה כדי לזעזע את כדור הארץ", אמרה ג'סיקה אירווינג, פרופסור למדעי הגיאוגרפיה.

רעידות אדמה גדולות הן הרבה יותר חזקות מרעידות אדמה רגילות - האנרגיה שלהן גדלה פי 30 עם כל עלייה נוספת בסולם ריכטר. אירווינג מקבל את הנתונים הטובים ביותר שלו מרעידות אדמה בעוצמה של 7.0 ומעלה מכיוון שהגלים הסיסמיים הנשלחים על ידי רעידות כה גדולות מתפשטים לכיוונים שונים ויכולים לנוע דרך הליבה לצד השני של כדור הארץ ובחזרה. עבור מחקר זה, נתוני מפתח הגיעו מגלים סיסמיים שתועדו מרעידת אדמה בעוצמה 8.3 - רעידת האדמה השנייה בעומקה ביותר שתועדו אי פעם על ידי גיאולוגים - שזעזעה את בוליביה ב-1994.

"רעידות אדמה בעוצמה כזו אינן קורות לעתים קרובות. יש לנו מזל גדול שיש כיום הרבה יותר סיסמומטרים מותקנים ברחבי העולם מאשר לפני 20 שנה. גם הסיסמולוגיה השתנתה מאוד ב-20 השנים האחרונות, הודות למכשירים חדשים וכוח המחשב.

סייסמולוגים ומדעני נתונים משתמשים במחשבי-על, כמו מחשב העל של צביר טייגר של פרינסטון, כדי לדמות את ההתנהגות המורכבת של פיזור גלים סייסמיים עמוק מתחת לאדמה.

טכנולוגיות מבוססות על התכונות הבסיסיות של גלים: יכולתם להשתקף ולשבור. בדיוק כפי שגלי אור יכולים לקפוץ (להשתקף) ממראה או להתכופף (להישבר) כשהם עוברים דרך פריזמה, גלים סיסמיים נעים דרך סלעים הומוגניים אך מוחזרים או נשברים כאשר הם נתקלים במשטחים מחוספסים בדרכם.

"אנחנו יודעים שכמעט לכל האובייקטים יש משטח לא אחיד ולכן הם יכולים לפזר אור", אמר וונבו וו, המחבר הראשי של המחקר, שרכש לאחרונה דוקטורט בגיונומיה וכיום הוא לומד לפוסט-דוקטורט במכון הטכנולוגי של קליפורניה. "בזכות עובדה זו, אנו יכולים "לראות" את העצמים הללו - גלים מתפזרים נושאים מידע על החספוס של המשטחים שהם פוגשים בדרכם. במחקר זה, הסתכלנו על פיזור גלים סיסמיים הנעים עמוק בתוך כדור הארץ כדי לקבוע את "חספוס" הגבול של 660 קילומטר שנמצא."

החוקרים הופתעו עד כמה הגבול הזה "גס" - אפילו יותר משכבת ​​פני השטח שעליה אנו חיים. "במילים אחרות, לשכבה התת-קרקעית הזו יש טופוגרפיה מורכבת יותר מהרי הרוקי או מערכת ההרים האפלאצ'ים", אמר וו. המודל הסטטיסטי שלהם לא הצליח לקבוע את הגבהים המדויקים של ההרים התת-קרקעיים הללו, אבל יש סיכוי טוב שהם גבוהים בהרבה מכל דבר אחר על פני כדור הארץ. מדענים גם שמו לב שהגבול של 660 קילומטרים גם הוא מופץ בצורה לא אחידה. באותו אופן שבו לשכבת היבשה יש משטחי אוקיינוס ​​חלקים בחלקים מסוימים והרים מסיביים בחלקים אחרים, לגבול של 660 ק"מ יש גם אזורים מחוספסים ושכבות חלקות על פניו. החוקרים בחנו גם את השכבות התת-קרקעיות בעומק של 410 קילומטרים ובראש המעטפת האמצעית, אך לא הצליחו למצוא חספוס דומה במשטחים אלו.

"הם גילו שהגבול של 660 ק"מ מורכב כמו שכבת פני השטח", אמרה הסיסמולוגית כריסטינה האוזר, עוזרת פרופסור במכון הטכנולוגי של טוקיו שלא הייתה מעורבת במחקר. "השימוש בגלים הסיסמיים שנוצרו על ידי רעידות אדמה חזקות כדי למצוא הבדל של 3 ק"מ בגובה מתחת לאדמה בעומק של 660 ק"מ הוא הישג בלתי נתפס... התגליות שלהם אומרות שבעתיד, באמצעות מכשירים סייסמיים מתוחכמים יותר, נוכל לזהות אותות עדינים שלא ידועים בעבר, שיחשפו בפנינו תכונות חדשות של השכבות הפנימיות של הפלנטה שלנו."

הסיסמולוגית ג'סיקה אירווינג, עוזרת פרופסור לגיאופיזיקה, מחזיקה בשני מטאוריטים מאוסף אוניברסיטת פרינסטון המכילים ברזל ומאמינים שהם חלק מכדור הארץ.
תמונה שצולמה על ידי דניס אפלוויט.

מה זה אומר?

קיומם של משטחים מחוספסים לאורך הגבול של 660 קילומטר חשוב להבנת האופן שבו הפלנטה שלנו נוצרת ומתפקדת. שכבה זו מחלקת את המעטפת, המהווה כ-84 אחוזים מנפח כוכב הלכת שלנו, לחלקים עליונים ותחתונים. במשך שנים, גיאולוגים התווכחו עד כמה הגבול הזה חשוב. בפרט, הם חקרו כיצד מועבר חום דרך המעטפת - והאם סלעים מחוממים נעים מגבול גוטנברג (השכבה המפרידה בין המעטפת לליבה בעומק של 2900 קילומטרים) עד לראש המעטפת, או שמא תנועה זו. נקטעת בגבול 660 קילומטרים. כמה ראיות גיאוכימיות ומינרלוגיות מצביעות על כך שלשכבות העליונות והתחתונות של המעטפת יש הרכבים כימיים שונים, התומכים ברעיון ששתי השכבות אינן ניתנות לטבילה תרמית או פיזית. תצפיות אחרות מצביעות על כך שלשכבות העליונות והתחתונות של המעטפת אין הבדל כימי, מה שמוביל לוויכוח על מה שמכונה "המעטפת המעורבת היטב", שבו שתי השכבות של המעטפת משתתפות במחזור חילופי חום סמוך.

"המחקר שלנו מספק תובנות חדשות על הדיון הזה", אמר וונבו וו. הנתונים שהתקבלו ממחקר זה מצביעים על כך ששני הצדדים עשויים להיות צודקים בחלקם. ייתכן שהשכבות החלקות יותר של גבול 660 ק"מ נוצרו עקב ערבוב יסודי ואנכי, כאשר ייתכן שנוצרו האזורים המחוספסים וההרריים שבהם הערבוב של המעטפת העליונה והתחתונה לא התנהל בצורה חלקה.

בנוסף, ה"חספוס" של השכבה בגבול המצוי זוהה בקנה מידה גדול, בינוני וקטן על ידי מדענים, אשר בתיאוריה עלול להיגרם על ידי חריגות תרמיות או הטרוגניות כימית. אבל בגלל האופן שבו החום מועבר במעטפת, מסביר וו, כל אנומליה תרמית בקנה מידה קטן תוחלק תוך כמה מיליוני שנים. לפיכך, רק הטרוגניות כימית יכולה להסביר את החספוס של שכבה זו.

מה יכול לגרום להטרוגניות כימית כה משמעותית? למשל, הופעת סלעים בשכבות המעטפת שהיו שייכות לקרום כדור הארץ ונעו לשם במשך מיליוני שנים רבות. מדענים דנו זה מכבר בגורלם של לוחות על קרקעית הים הנדחפים לתוך המעטפת על ידי אזורי תחתית המתנגשים סביב האוקיינוס ​​השקט וחלקים אחרים של כדור הארץ. Weibo Wu וג'סיקה אירווינג מציעים ששרידי הלוחות הללו עשויים להיות כעת מעל או מתחת לגבול של 660 קילומטרים.

"אנשים רבים מאמינים שדי קשה לחקור את המבנה הפנימי של כוכב הלכת ואת השינויים שלו במהלך 4.5 מיליארד השנים האחרונות תוך שימוש בנתוני גל סיסמיים בלבד. "אבל זה רחוק מלהיות נכון!", אמר אירווינג. "המחקר הזה נתן לנו מידע חדש על גורלם של לוחות טקטוניים עתיקים שירדו לתוך המעטפת במשך מיליארדי שנים רבים".

לבסוף, הוסיף ארווינג, "אני חושב שהסיסמולוגיה היא הכי מעניינת כשהיא עוזרת לנו להבין את המבנה הפנימי של הפלנטה שלנו במרחב ובזמן."

מחבר התרגום: תמיד רציתי לנסות את כוחי בתרגום מאמר מדעי פופולרי מאנגלית לרוסית, אבל לא ציפיתי לזה באיזו מידה זה מסובך. הרבה כבוד לאלה שמתרגמים באופן קבוע ויעיל מאמרים על Habré. כדי לתרגם טקסט באופן מקצועי, אתה צריך לא רק לדעת אנגלית, אלא גם להבין את הנושא עצמו על ידי לימוד מקורות צד שלישי. הוסף קצת "גיג" כדי שזה יישמע טבעי יותר, אבל גם לא להגזים, כדי לא לקלקל את המאמר. תודה רבה שקראת :)

מקור: www.habr.com