볼리비아의 강력한 지진이 지하 660km의 산을 열었던 방법

모든 학생들은 지구가 지각, 맨틀, 핵이라는 XNUMX개(또는 XNUMX개)의 큰 층으로 나뉘어져 있다는 것을 알고 있습니다. 이는 일반적으로 사실이지만, 이 일반화는 과학자들이 식별한 여러 추가 층(예를 들어 맨틀 내의 전이층)을 고려하지 않습니다.

15년 2019월 1994일에 발표된 연구에서 지구물리학자 제시카 어빙(Jessica Irving)과 프린스턴 대학교 석사과정 학생 웬보 우(Wenbo Wu)는 중국 측지 및 지구물리학 연구소의 시다오 니(Sidao Ni)와 협력하여 660년 볼리비아에서 발생한 강력한 지진에서 얻은 데이터를 사용하여 산을 찾았습니다. 맨틀 깊은 곳의 전이대 표면에 있는 다른 지형적 특징도 있습니다. 지하 660km에 위치한 이 층은 상부 맨틀과 하부 맨틀을 분리합니다(이 층에 대한 공식적인 이름은 없이 연구자들은 이를 단순히 "XNUMXkm 경계"라고 불렀습니다).

지하 깊은 곳을 "보기" 위해 과학자들은 강한 지진으로 인해 발생하는 지구상에서 가장 강력한 파도를 사용했습니다. 지구과학과 제시카 어빙(Jessica Irving) 조교수는 “지구를 흔들려면 강력하고 깊은 지진이 필요하다”고 말했다.

대규모 지진은 일반적인 지진보다 훨씬 더 강력합니다. 리히터 규모가 한 단계 올라갈 때마다 그 에너지는 30배 증가합니다. Irving은 규모 7.0 이상의 지진에서 가장 좋은 데이터를 얻습니다. 그 이유는 그러한 큰 지진에 의해 방출된 지진파가 다른 방향으로 퍼져 핵을 통해 지구 반대편으로 이동할 수 있기 때문입니다. 이 연구의 핵심 데이터는 8.3년 볼리비아를 강타한 규모 1994의 지진(지질학자들이 기록한 지진 중 두 번째로 깊은 지진)에서 기록된 지진파에서 얻은 것입니다.

“이 정도 규모의 지진은 자주 발생하지 않습니다. 20년 전보다 전 세계에 더 많은 지진계가 설치되어 있다는 것은 매우 행운입니다. 지진학 역시 새로운 장비와 컴퓨터 성능 덕분에 지난 20년 동안 크게 변화했습니다.

지진학자와 데이터 과학자들은 Princeton의 Tiger 클러스터 슈퍼컴퓨터와 같은 슈퍼컴퓨터를 사용하여 지하 깊은 곳에서 산란되는 지진파의 복잡한 동작을 시뮬레이션합니다.

기술은 파동의 기본 특성, 즉 반사 및 굴절 능력을 기반으로 합니다. 빛의 파동이 프리즘을 통과할 때 거울에 반사(반사)되거나 구부러질(굴절) 수 있는 것처럼, 지진파는 균질한 암석을 통과하지만 경로에서 거친 표면을 만날 때 반사되거나 굴절됩니다.

“우리는 거의 모든 물체의 표면이 고르지 않기 때문에 빛을 산란시킬 수 있다는 것을 알고 있습니다.” 최근 지리학 박사 학위를 취득하고 현재 캘리포니아 공과대학에서 박사후 연구원 과정을 밟고 있는 이번 연구의 주저자인 Wenbo Wu가 말했습니다. "이 사실 덕분에 우리는 이러한 물체를 "볼" 수 있습니다. 산란파는 경로에서 만나는 표면의 거칠기에 대한 정보를 전달합니다. 이번 연구에서는 발견된 660km 경계의 '거칠기'를 결정하기 위해 지구 내부 깊은 곳까지 이동하는 산란 지진파를 조사했습니다.

연구자들은 이 경계가 우리가 살고 있는 표면층보다 훨씬 더 "거친" 것에 놀랐습니다. 즉, 이 지하층은 로키 산맥이나 애팔래치아 산맥보다 더 복잡한 지형을 가지고 있다고 Wu는 말했습니다. 그들의 통계 모델은 이 지하 산의 정확한 높이를 결정할 수 없었지만, 지구 표면의 어떤 것보다 훨씬 높을 가능성이 높습니다. 과학자들은 또한 660km의 국경이 고르지 않게 분포되어 있다는 사실도 발견했습니다. 육지 층의 일부 지역에는 매끄러운 해수면이 있고 다른 지역에는 거대한 산이 있는 것과 마찬가지로 660km 경계에도 표면이 거친 지역과 매끄러운 지층이 있습니다. 연구자들은 또한 410km 깊이의 지하층과 중간 맨틀 상단을 조사했지만 이 표면에서 비슷한 거칠기를 찾을 수 없었습니다.

이번 연구에 참여하지 않은 도쿄공과대학 조교수인 지진학자 크리스티나 하우저(Christina Hauser)는 “그들은 660km 경계가 표면층만큼 복잡하다는 사실을 발견했다”고 말했다. “강력한 지진에 의해 생성된 지진파를 사용하여 지하 3km 깊이의 지형에서 660km의 표고차를 찾는 것은 상상할 수 없는 위업입니다. 그들의 발견은 미래에 더 정교한 지진 장비를 사용하여 우리가 할 수 있다는 것을 의미합니다. 이전에 알려지지 않은 미묘한 신호를 감지하여 우리 행성 내부 층의 새로운 특성을 밝혀줄 것입니다.”

지진학자 제시카 어빙(Jessica Irving) 지구물리학 조교수는 프린스턴 대학 컬렉션에서 철을 함유하고 있으며 지구의 일부로 여겨지는 두 개의 운석을 보유하고 있습니다.
Denis Appelwhite가 찍은 사진.

이것은 무엇을 의미할까요?

660km 경계를 따라 거친 표면이 존재한다는 것은 행성이 어떻게 형성되고 기능하는지 이해하는 데 중요합니다. 이 층은 지구 부피의 약 84%를 차지하는 맨틀을 상부와 하부로 나눕니다. 수년 동안 지질학자들은 이 경계가 얼마나 중요한지에 대해 토론해 왔습니다. 특히 그들은 열이 맨틀을 통해 어떻게 전달되는지, 그리고 가열된 암석이 구텐베르크 경계(2900km 깊이에서 맨틀과 핵을 분리하는 층)에서 맨틀 꼭대기까지 이동하는지, 아니면 이러한 움직임이 있는지를 연구했습니다. 660km 경계에서 중단됩니다. 일부 지구화학적, 광물학적 데이터에 따르면 맨틀의 상부층과 하부층은 서로 다른 화학적 조성을 가지고 있으며, 이는 두 층이 열적으로나 물리적으로 혼합되지 않는다는 생각을 뒷받침합니다. 다른 관찰 결과에 따르면 맨틀의 상부와 하부층에는 화학적 차이가 없으며, 이는 맨틀의 두 층이 인접한 열교환 주기에 참여하는 소위 "잘 혼합된 맨틀"에 대한 논쟁을 불러일으킵니다.

Wenbo Wu는 "우리의 연구는 이 논쟁에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다."라고 말했습니다. 이 연구에서 얻은 데이터는 양측 모두 부분적으로 옳을 수 있음을 시사합니다. 660km 경계의 더 매끄러운 지층은 철저한 수직 혼합으로 인해 형성되었을 수 있으며, 상부 맨틀과 하부 맨틀의 혼합이 원활하게 진행되지 않은 더 거친 산악 지대가 형성되었을 수 있습니다.

또한, 발견된 경계에 있는 층의 "거칠기"는 연구 과학자들에 의해 크고 작은 규모로 감지되었으며, 이는 이론적으로 열 이상이나 화학적 이질성으로 인해 발생할 수 있습니다. 그러나 맨틀에서 열이 전달되는 방식으로 인해 소규모 열 이상 현상은 수백만 년 내에 완화될 것이라고 Wu는 설명합니다. 따라서 화학적 이질성만이 이 층의 거칠기를 설명할 수 있습니다.

무엇이 그렇게 중요한 화학적 이질성을 유발할 수 있습니까? 예를 들어, 지구의 지각에 속하고 수백만 년에 걸쳐 그곳으로 이동한 맨틀 층의 암석의 모습입니다. 과학자들은 태평양과 지구의 다른 지역 주변에서 충돌하는 섭입대에 의해 맨틀 안으로 밀려들어가는 해저 판의 운명에 대해 오랫동안 논쟁을 벌여 왔습니다. 웨이보 우(Weibo Wu)와 제시카 어빙(Jessica Irving)은 이 판의 잔해가 현재 660km 경계 위나 아래에 있을 수 있다고 제안합니다.

“많은 사람들은 지진파 데이터만으로는 지난 4.5억년 동안의 행성 내부 구조와 변화를 연구하는 것이 꽤 어렵다고 생각합니다. 어빙은 “그러나 이것은 사실과는 거리가 멀다”며 “이 연구는 우리에게 수십억 년에 걸쳐 맨틀 속으로 내려온 고대 지각판의 운명에 대한 새로운 정보를 제공했다”고 말했다.

마지막으로 Irving은 “지진학은 공간과 시간에서 우리 행성의 내부 구조를 이해하는 데 도움이 될 때 가장 흥미롭다고 생각합니다.”라고 덧붙였습니다.

번역 작성자의 말: 저는 항상 인기 있는 과학 기사를 영어에서 러시아어로 번역해 보고 싶었지만 그렇게 될 것이라고는 예상하지 못했습니다. 까지 복잡해요. Habré의 기사를 정기적으로 효율적으로 번역하시는 분들에게 많은 존경을 표합니다. 텍스트를 전문적으로 번역하려면 영어를 알아야 할 뿐만 아니라 제XNUMX자 소스를 연구하여 주제 자체를 이해해야 합니다. 좀 더 자연스럽게 들리도록 약간의 "개그"를 추가하되, 기사를 망치지 않도록 너무 많이 사용하지 마십시오. 읽어주셔서 정말 감사합니다 :)

출처 : habr.com