Барлық мектеп оқушылары Жер планетасы үш (немесе төрт) үлкен қабатқа бөлінгенін біледі: жер қыртысы, мантия және ядро. Бұл жалпы алғанда дұрыс, дегенмен бұл жалпылау ғалымдар анықтаған бірнеше қосымша қабаттарды есепке алмайды, олардың бірі, мысалы, мантия ішіндегі өтпелі қабат.
15 жылдың 2019 ақпанында жарияланған зерттеуде геофизик Джессика Ирвинг пен Принстон университетінің магистранты Вэнбо Ву Қытайдағы Геодезиялық және геофизикалық институтының қызметкері Сидао Нимен бірлесе отырып, тауларды табу үшін 1994 жылы Боливиядағы күшті жер сілкінісінен алынған деректерді пайдаланды. және басқа да топографиялық ерекшеліктер мантия шегіндегі өтпелі аймақтың бетінде. Жер астынан 660 шақырым жерде орналасқан бұл қабат жоғарғы және төменгі мантияны ажыратады (бұл қабаттың ресми атауы болмаса, зерттеушілер оны жай ғана «660 шақырымдық шекара» деп атаған).
Жер астындағы соншалықты тереңге «қарау» үшін ғалымдар күшті жер сілкінісінен туындаған планетадағы ең күшті толқындарды пайдаланды. «Ғаламшарды шайқау үшін сізге күшті, терең жер сілкінісі керек», - деді Джессика Ирвинг, геоғылымдардың ассистенті.
Ірі жер сілкіністері кәдімгіге қарағанда әлдеқайда күшті, олардың энергиясы Рихтер шкаласы бойынша әрбір қосымша қадам сайын 30 есе артады. Ирвинг өзінің ең жақсы мәліметтерін магнитудасы 7.0 және одан жоғары жер сілкіністерінен алады, өйткені мұндай үлкен сілкіністер жіберген сейсмикалық толқындар әртүрлі бағытта таралады және ядро арқылы планетаның екінші жағына және кері қарай жүре алады. Бұл зерттеу үшін негізгі деректер 8.3 жылы Боливияны сілкіндірген 1994 баллдық жер сілкінісінен (геологтар тіркеген ең терең екінші жер сілкінісі) тіркелген сейсмикалық толқындардан алынды.
«Мұндай жер сілкінісі жиі бола бермейді. Бізге өте қуаныштымыз, қазір әлемде 20 жыл бұрынғыдан әлдеқайда көп сейсмометрлер орнатылған. Сейсмология да соңғы 20 жылда жаңа құралдар мен компьютерлік қуаттың арқасында қатты өзгерді.
Сейсмологтар мен деректер ғалымдары жер астындағы сейсмикалық толқындардың шашырауының күрделі әрекетін модельдеу үшін Принстондағы Tiger кластерлік суперкомпьютері сияқты суперкомпьютерлерді пайдаланады.
Технологиялар толқындардың іргелі қасиеттеріне негізделген: олардың шағылу және сыну қабілеті. Жарық толқындары призмадан өткенде айнадан секіріп (шағылыстыра алады) немесе майыса (сындырады) сияқты, сейсмикалық толқындар біртекті тау жыныстары арқылы өтеді, бірақ олардың жолындағы кедір-бұдыр беттермен кездескенде шағылысып немесе сынады.
«Біз барлық нысандардың дерлік тегіс емес беті бар екенін білеміз, сондықтан жарықты шашырата алады», - деді Вэнбо Ву, зерттеудің жетекші авторы, жақында геномия бойынша докторлық дәрежесін алған және қазір Калифорния технологиялық институтында постдокторлық зерттеуді жалғастыруда. «Осы фактінің арқасында біз бұл нысандарды «көре» аламыз - шашыраңқы толқындар өз жолында кездесетін беттердің кедір-бұдыры туралы ақпаратты тасымалдайды. Бұл зерттеуде біз табылған 660 шақырымдық шекараның «кедір-бұдырын» анықтау үшін жердің тереңдігінде таралатын сейсмикалық толқындардың шашырауын қарастырдық».
Зерттеушілер бұл шекараның қаншалықты «дөрекі» екеніне таң қалды - тіпті біз өмір сүретін беткі қабаттан да артық. «Басқаша айтқанда, бұл жер асты қабатының рельефі Жартасты тауларға немесе Аппалачи тау жүйесіне қарағанда күрделірек», - деді Ву. Олардың статистикалық моделі бұл жер асты тауларының нақты биіктігін анықтай алмады, бірақ олардың жер бетіндегі кез келген нәрседен әлдеқайда жоғары болуының жақсы мүмкіндігі бар. Ғалымдар 660 шақырымдық шекараның да біркелкі таралмағанын байқады. Құрлық қабатының кейбір бөліктерінде тегіс мұхит беттері, ал басқаларында массивтік таулар болатыны сияқты, 660 км шекарада да оның бетінде кедір-бұдыр аймақтар мен тегіс қабаттар бар. Зерттеушілер сонымен қатар 410 шақырым тереңдіктегі және ортаңғы мантияның жоғарғы жағындағы жер асты қабаттарына қарады, бірақ бұл беттерде ұқсас кедір-бұдырды таба алмады.
«Олар 660 шақырымдық шекараның жер үсті қабаты сияқты күрделі екенін анықтады», - деді сейсмолог Кристина Хаузер, Токио технологиялық институтының ассистенті, зерттеуге қатыспаған. «Күшті жер сілкіністерінің әсерінен пайда болған сейсмикалық толқындарды жер асты 3 шақырым тереңдіктегі жер бедерінің биіктігіндегі 660 шақырымдық айырмашылықты табу үшін пайдалану – бұл елестету мүмкін емес ерлік... Олардың ашқан жаңалықтары болашақта күрделі сейсмикалық құралдарды пайдалана отырып, біз жасай алатынымызды білдіреді. бізге планетамыздың ішкі қабаттарының жаңа қасиеттерін ашатын бұрын белгісіз, нәзік сигналдарды анықтау».
Сейсмолог Джессика Ирвинг, геофизика кафедрасының ассистенті, Принстон университетінің коллекциясында темірден тұратын және жер планетасының бөлігі деп есептелетін екі метеорит ұстайды.
Фотосуретті Денис Аппелвайт түсірген.
Бұл нені білдіреді?
660 шақырымдық шекара бойында өрескел беттердің болуы планетамыздың қалай қалыптасып, қызмет ететінін түсіну үшін маңызды. Бұл қабат планетамыздың көлемінің шамамен 84 пайызын құрайтын мантияны жоғарғы және төменгі бөліктерге бөледі. Көптеген жылдар бойы геологтар бұл шекараның қаншалықты маңызды екенін талқылады. Атап айтқанда, олар мантия арқылы жылудың қалай тасымалданатынын және қызған жыныстардың Гутенберг шекарасынан (2900 километр тереңдікте мантияны ядродан бөлетін қабат) мантияның жоғарғы жағына қарай жылжи ма, әлде бұл қозғалысты зерттеді. 660 шақырымдық шекарада үзілген. Кейбір геохимиялық және минералогиялық деректер мантияның жоғарғы және төменгі қабаттарының әртүрлі химиялық құрамға ие екендігін көрсетеді, бұл екі қабат термиялық немесе физикалық түрде араласпайтын деген пікірді растайды. Басқа бақылаулар мантияның жоғарғы және төменгі қабаттарының химиялық айырмашылығы жоқ екенін көрсетеді, бұл мантияның екі қабаты да көрші жылу алмасу цикліне қатысатын «жақсы аралас мантия» туралы пікірталас тудырды.
«Біздің зерттеуіміз осы пікірталасқа жаңа түсініктер береді», - деді Вэнбо Ву. Бұл зерттеуден алынған деректер екі тараптың да ішінара дұрыс болуы мүмкін екенін көрсетеді. 660 км шекараның тегіс қабаттары мұқият, тік араласу нәтижесінде пайда болуы мүмкін, мұнда жоғарғы және төменгі мантияның араласуы біркелкі жүрмейтін өрескел, таулы аймақтар пайда болуы мүмкін.
Сонымен қатар, табылған шекарадағы қабаттың «кедір-бұдырлығын» зерттеуші ғалымдар үлкен, орташа және кіші масштабта анықтады, бұл теорияда жылу аномалиялары немесе химиялық гетерогенділікпен туындауы мүмкін. Бірақ мантияда жылу тасымалданатындықтан, Ву түсіндіреді, кез келген кішігірім термиялық аномалия бірнеше миллион жыл ішінде тегістеледі. Осылайша, бұл қабаттың кедір-бұдырлығын тек химиялық гетерогенділік түсіндіре алады.
Мұндай маңызды химиялық гетерогенділікке не себеп болуы мүмкін? Мысалы, жер қыртысына жататын және онда миллиондаған жылдар бойы қозғалған мантия қабаттарындағы тау жыныстарының пайда болуы. Ғалымдар Тынық мұхитының және жер шарының басқа бөліктерінің айналасында соқтығысатын субдукция аймақтары арқылы мантияға итерілген теңіз түбіндегі тақталардың тағдыры туралы ұзақ уақыт талқылады. Вейбо Ву мен Джессика Ирвинг бұл плиталардың қалдықтары қазір 660 шақырымдық шекарадан жоғары немесе төмен болуы мүмкін деп болжайды.
«Көптеген адамдар планетаның ішкі құрылымын және оның соңғы 4.5 миллиард жылдағы өзгерістерін тек сейсмикалық толқын деректерін пайдалана отырып зерттеу өте қиын деп санайды. «Бірақ бұл шындықтан алыс!», - деді Ирвинг. «Бұл зерттеу бізге миллиардтаған жылдар бойы мантияға түскен ежелгі тектоникалық плиталардың тағдыры туралы жаңа ақпарат берді».
Ақырында, Ирвинг: «Менің ойымша, сейсмология біздің планетамыздың кеңістік пен уақыттағы ішкі құрылымын түсінуге көмектескенде ең қызықты деп ойлаймын».
Аударма авторынан: Мен әрқашан ғылыми-көпшілік мақаланы ағылшын тілінен орыс тіліне аударуда бағымды сынап көргім келді, бірақ мен оны күтпедім. қанша Бұл қиын. Хабре туралы мақалаларды үнемі және тиімді аударатындарға үлкен құрмет. Мәтінді кәсіби түрде аудару үшін сізге ағылшын тілін білу ғана емес, сонымен қатар үшінші тарап көздерін зерттеу арқылы тақырыптың өзін түсіну қажет. Табиғи естілу үшін кішкене «гаг» қосыңыз, бірақ мақаланы бұзбау үшін оны асыра алмаңыз. Оқығаныңызға көп рахмет :)
Ақпарат көзі: www.habr.com