რა ძლიერმა მიწისძვრებმა გახსნა ბოლივიაში 660 კილომეტრის ქვეშ მდებარე მთები

ყველა სკოლის მოსწავლემ იცის, რომ პლანეტა დედამიწა დაყოფილია სამ (ან ოთხ) დიდ ფენად: ქერქი, მანტია და ბირთვი. ზოგადად, ეს ასეა, თუმცა ეს განზოგადება არ ითვალისწინებს რამდენიმე დამატებით ფენას, რომელიც მეცნიერებმა გამოავლინეს, რომელთაგან ერთ-ერთი, მაგალითად, არის გარდამავალი ფენა მანტიის შიგნით.

15 წლის 2019 თებერვალს გამოქვეყნებულ კვლევაში, გეოფიზიკოსმა ჯესიკა ირვინგმა და პრინსტონის უნივერსიტეტის კურსდამთავრებულმა ვენბო ვუმ, ჩინეთის გეოდეზიური და გეოფიზიკური ინსტიტუტის სიდაო ნისთან თანამშრომლობით, გამოიყენეს 1994 წლის ბოლივიის მასიური მიწისძვრის მონაცემები მთებისა და სხვა ტოპოგრაფიული ადგილების დასადგენად. თვისებები გარდამავალი ზონის ზედაპირზე მანტიის სიღრმეში. ეს ფენა, რომელიც მდებარეობს მიწის ქვეშ 660 კილომეტრში, ჰყოფს მანტიის ზედა და ქვედა ნაწილებს (ამ ფენის ოფიციალური სახელის გარეშე, მკვლევარებმა მას უბრალოდ უწოდეს "660 კმ საზღვარი").

მიწისქვეშეთში ასე ღრმად „გამოხედვისთვის“ მეცნიერებმა გამოიყენეს პლანეტის ყველაზე ძლიერი ტალღები, რომლებიც გამოწვეული იყო უძლიერესი მიწისძვრებით. ”თქვენ გჭირდებათ დიდი, ღრმა მიწისძვრა პლანეტის შერყევისთვის,” - თქვა ჯესიკა ირვინგმა, გეოფიზიკის მეცნიერებათა ასისტენტმა პროფესორმა.

დიდი მიწისძვრები ბევრად უფრო ძლიერია ვიდრე ჩვეულებრივი - რომლის ენერგია 30-ჯერ იზრდება რიხტერის შკალის ყოველი დამატებითი ნაბიჯით. ირვინგი თავის საუკეთესო მონაცემებს 7.0 და მეტი მაგნიტუდის მიწისძვრებიდან იღებს, რადგან ასეთი ძლიერი მიწისძვრებით გამოგზავნილი სეისმური ტალღები განსხვავდება და შეუძლიათ ბირთვის გავლით პლანეტის მეორე მხარეს და უკან გადაადგილდნენ. ამ კვლევისთვის ძირითადი მონაცემები იქნა მიღებული სეისმური ტალღებიდან, რომლებიც დაფიქსირდა 8.3 მაგნიტუდის მიწისძვრიდან - გეოლოგების მიერ ოდესმე დაფიქსირებული სიღრმის მეორე მიწისძვრა, რომელმაც ბოლივიაში 1994 წელს დააფიქსირა.

„ამ მაგნიტუდის მიწისძვრები ხშირად არ ხდება. ჩვენ ძალიან გაგვიმართლა, რომ ახლა მსოფლიოში უფრო მეტი სეისმომეტრია დამონტაჟებული, ვიდრე 20 წლის წინ. სეისმოლოგია ასევე ძალიან შეიცვალა ბოლო 20 წლის განმავლობაში ახალი ხელსაწყოების და კომპიუტერული ენერგიის წყალობით.

სეისმოლოგები და მონაცემთა მეცნიერები იყენებენ სუპერკომპიუტერებს, როგორიცაა პრინსტონის ვეფხვის კასეტური სუპერკომპიუტერი მიწისქვეშეთში სეისმური ტალღების გაფანტვის რთული ქცევის სიმულაციისთვის.

ტექნოლოგიები დაფუძნებულია ტალღების ფუნდამენტურ თვისებებზე: მათი ასახვისა და რეფრაქციის უნარზე. ისევე, როგორც სინათლის ტალღებს შეუძლიათ სარკედან გადმოხტომა (არეკვლა) ან პრიზმაში გავლისას მოხრილი (რეფრაქცია), სეისმური ტალღები გადაადგილდებიან ერთგვაროვან ქანებში, მაგრამ აირეკლება ან ირღვევა, როდესაც ისინი გზაზე უხეშ ზედაპირებს ხვდებიან.

”ჩვენ ვიცით, რომ თითქმის ყველა ობიექტს აქვს არათანაბარი ზედაპირი და, შესაბამისად, შეუძლია სინათლის გაფანტვა”, - თქვა ვენბო ვუ, კვლევის წამყვანმა ავტორმა, რომელმაც ცოტა ხნის წინ მიიღო დოქტორი გეონომიაში და ახლა არის კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის პოსტდოქტორანტი. „ამ ფაქტის წყალობით ჩვენ შეგვიძლია „ვნახოთ“ ეს ობიექტები - გაფანტული ტალღები ატარებენ ინფორმაციას იმ ზედაპირების უხეშობის შესახებ, რომლებსაც ისინი გზაზე ხვდებიან. ამ კვლევაში ჩვენ შევისწავლეთ გაფანტული სეისმური ტალღები, რომლებიც გავრცელდა დედამიწის სიღრმეში, რათა განვსაზღვროთ ნაპოვნი 660 კილომეტრიანი საზღვრის „უხეშობა“.

მკვლევარებს გაუკვირდათ, რამდენად „უხეშია“ ეს საზღვარი - უფრო მეტიც, ვიდრე ზედაპირული ფენა, რომელზეც ჩვენ ვცხოვრობთ. „სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ამ მიწისქვეშა ფენას უფრო რთული ტოპოგრაფია აქვს, ვიდრე კლდოვან მთებს ან აპალაჩის მთათა სისტემას“, - თქვა ვუმ. მათმა სტატისტიკურმა მოდელმა ვერ შეძლო ამ მიწისქვეშა მთების ზუსტი სიმაღლეების დადგენა, მაგრამ არსებობს დიდი შესაძლებლობა, რომ ისინი ბევრად უფრო მაღალი იყოს, ვიდრე ნებისმიერი დედამიწის ზედაპირზე. მეცნიერებმა ასევე შენიშნეს, რომ 660 კილომეტრიანი საზღვარიც არათანაბრად არის გადანაწილებული. ისევე, როგორც ხმელეთის ფენას აქვს ოკეანის გლუვი ზედაპირი ზოგიერთ ნაწილში და მასიური მთები ზოგიერთ ნაწილში, 660 კმ-იან საზღვარს ასევე აქვს უხეში ზონები და გლუვი ფენები მის ზედაპირზე. მკვლევარებმა ასევე შეისწავლეს მიწისქვეშა ფენები 410 კილომეტრის სიღრმეზე და მანტიის შუა ფენის ზედა ნაწილში, მაგრამ ვერ იპოვეს ამ ზედაპირების მსგავსი უხეშობა.

„მათ აღმოაჩინეს, რომ 660 კილომეტრიანი საზღვარი ისეთივე რთულია, როგორც დედამიწის ზედაპირის ფენა“, - თქვა სეისმოლოგმა კრისტინა ჰაუზერმა, ტოკიოს ტექნოლოგიური ინსტიტუტის ასისტენტმა პროფესორმა, რომელიც არ იყო ჩართული კვლევაში. „მძლავრი მიწისძვრებით შექმნილი სეისმური ტალღების გამოყენება მიწისქვეშეთში 3 კილომეტრის სიღრმეში 660 კილომეტრიანი სხვაობის საპოვნელად წარმოუდგენელი მიღწევაა... მათი დასკვნები ნიშნავს, რომ მომავალში, უფრო დახვეწილი სეისმური ინსტრუმენტების გამოყენებით, ჩვენ შევძლებთ აღმოვაჩინოთ ადრე უცნობი, დახვეწილი სიგნალები, რომლებიც გამოგვივლენენ ჩვენი პლანეტის შიდა ფენების ახალ თვისებებს.

სეისმოლოგ ჯესიკა ირვინგს, გეოფიზიკის ასისტენტ პროფესორს, უჭირავს ორი მეტეორიტი პრინსტონის უნივერსიტეტის კოლექციიდან, რომლებიც შეიცავს რკინას და ითვლება, რომ პლანეტა დედამიწის ნაწილია.
ფოტო გადაღებულია Denis Appelwhite-ის მიერ.

რას ნიშნავს ეს?

უხეში ზედაპირების არსებობა 660 კმ-იან საზღვარზე აუცილებელია იმის გასაგებად, თუ როგორ იქმნება და ფუნქციონირებს ჩვენი პლანეტა. ეს ფენა ყოფს მანტიას, რომელიც ჩვენი პლანეტის მოცულობის დაახლოებით 84 პროცენტს შეადგენს, ზედა და ქვედა ნაწილებად. წლების განმავლობაში გეოლოგები კამათობდნენ რამდენად მნიშვნელოვანია ეს საზღვარი. კერძოდ, მათ შეისწავლეს, თუ როგორ გადაეცემა სითბო მანტიის გავლით - და გადაადგილდებიან თუ არა გახურებული ქანები გუტენბერგის საზღვრიდან (ფენა, რომელიც მანტიას ბირთვიდან 2900 კილომეტრის სიღრმეზე ჰყოფს) მანტიის ზევით, ან თუ ეს მოძრაობა შეწყვეტილია 660 კილომეტრიან საზღვარზე. ზოგიერთი გეოქიმიური და მინერალოგიური მტკიცებულება ვარაუდობს, რომ მანტიის ზედა და ქვედა ფენებს განსხვავებული ქიმიური შემადგენლობა აქვთ, რაც მხარს უჭერს იმ აზრს, რომ ორივე ფენა არ არის შერეული თერმულად ან ფიზიკურად. სხვა დაკვირვებები ვარაუდობენ, რომ მანტიის ზედა და ქვედა ფენებს არ აქვთ ქიმიური განსხვავება, რაც იწვევს ეგრეთ წოდებულ „კარგად შერეული მანტიის“ დავას, სადაც მანტიის ორივე ფენა მონაწილეობს მიმდებარე სითბოს გაცვლის ციკლში.

”ჩვენი კვლევა იძლევა ახალ პერსპექტივას ამ დაპირისპირების შესახებ,” - თქვა ვენბო ვუმ. ამ კვლევის მონაცემები ვარაუდობს, რომ ორივე მხარე შეიძლება ნაწილობრივ მართალი იყოს. 660 კმ-იანი საზღვრის უფრო გლუვი ფენა შეიძლება გამოწვეული იყოს საფუძვლიანი, ვერტიკალური შერევით, სადაც შეიძლება ჩამოყალიბებულიყო უფრო უხეში, მთიანი ზონები, სადაც მანტიის ზედა და ქვედა ფენების შერევა არც ისე შეუფერხებლად მიმდინარეობდა.

გარდა ამისა, აღმოჩენილ საზღვარზე ფენის „უხეშობა“ მკვლევარებმა აღმოაჩინეს დიდი, საშუალო და მცირე მასშტაბებით, რაც თეორიულად შეიძლება გამოწვეული იყოს თერმული ანომალიებით ან ქიმიური ჰეტეროგენულობით. მაგრამ იმის გამო, თუ როგორ ხდება სითბოს ტრანსპორტირება მანტიაში, ვუ განმარტავს, ნებისმიერი მცირე ზომის თერმული ანომალია რამდენიმე მილიონი წლის განმავლობაში აღმოიფხვრება. ამრიგად, მხოლოდ ქიმიურ ჰეტეროგენულობას შეუძლია ახსნას ამ ფენის უხეშობა.

რა შეიძლება იყოს ასეთი მნიშვნელოვანი ქიმიური ჰეტეროგენობის მიზეზი? მაგალითად, მანტიის ფენებში ქანების გამოჩენა, რომლებიც დედამიწის ქერქს ეკუთვნოდა და იქ გადავიდა მრავალი მილიონი წლის განმავლობაში. მეცნიერები დიდი ხანია კამათობენ ზღვის ფსკერზე მყოფი ფირფიტების ბედზე, რომლებიც მანტიაში ხვდებიან სუბდუქციის ზონებში, რომლებიც ეჯახებიან წყნარ ოკეანეში და მსოფლიოს სხვაგან. Weibo Wu და Jessica Irving ვარაუდობენ, რომ ამ ფირფიტების ნარჩენები შეიძლება იყოს 660 კილომეტრის საზღვრის ზემოთ ან ქვემოთ.

„ბევრს მიაჩნია, რომ საკმაოდ რთულია პლანეტის შიდა სტრუქტურისა და მისი ცვლილებების შესწავლა ბოლო 4.5 მილიარდი წლის განმავლობაში, მხოლოდ სეისმური ტალღების მონაცემების გამოყენებით. მაგრამ ეს შორს არის ამ შემთხვევისგან! - თქვა ირვინგმა - ამ კვლევამ მოგვცა ახალი ინფორმაცია უძველესი ტექტონიკური ფირფიტების ბედის შესახებ, რომლებიც მანტიაში ჩამოვიდა მრავალი მილიარდი წლის განმავლობაში.

დასასრულს ირვინგმა დასძინა: „ვფიქრობ, სეისმოლოგია ყველაზე საინტერესოა, როდესაც გვეხმარება გავიგოთ ჩვენი პლანეტის შიდა სტრუქტურა სივრცესა და დროში“.

თარგმანის ავტორისგან: ყოველთვის მინდოდა ვცადო ჩემი ძალები პოპულარული სამეცნიერო სტატიის ინგლისურიდან რუსულად თარგმნაში, მაგრამ არ ველოდი რამდენადაც გართულებულია. დიდი პატივისცემა მათთვის, ვინც რეგულარულად და ეფექტურად თარგმნის სტატიებს Habré-ზე. ტექსტის პროფესიონალურად თარგმნისთვის საჭიროა არა მხოლოდ ინგლისური ენის ცოდნა, არამედ თავად თემის გაგება მესამე მხარის წყაროების შესწავლით. დაამატე ცოტა „გაგიჟება“, რომ უფრო ბუნებრივად ჟღერდეს, მაგრამ არ გადააჭარბოთ, რომ სტატია არ გააფუჭოთ. დიდი მადლობა რომ კითხულობთ 🙂

წყარო: www.habr.com