Visi moksleiviai žino, kad Žemės planeta yra padalinta į tris (ar keturis) didelius sluoksnius: plutą, mantiją ir šerdį. Tai iš esmės tiesa, nors šiame apibendrinime neatsižvelgiama į kelis papildomus mokslininkų nustatytus sluoksnius, iš kurių vienas yra, pavyzdžiui, pereinamasis sluoksnis mantijoje.
15 m. vasario 2019 d. paskelbtame tyrime geofizikė Jessica Irving ir magistrantė Wenbo Wu iš Prinstono universiteto, bendradarbiaudami su Sidao Ni iš Geodezijos ir geofizikos instituto Kinijoje, naudojo duomenis, gautus iš galingo 1994 m. žemės drebėjimo Bolivijoje, kad surastų kalnus. ir kiti topografiniai ypatumai pereinamosios zonos paviršiuje giliai mantijoje. Šis sluoksnis, esantis 660 kilometrų po žeme, atskiria viršutinę ir apatinę mantiją (neturėdami oficialaus šio sluoksnio pavadinimo, tyrėjai jį tiesiog pavadino „660 kilometrų riba“).
Norėdami „pažvelgti“ taip giliai po žeme, mokslininkai panaudojo galingiausias planetos bangas, kurias sukėlė stiprūs žemės drebėjimai. „Jums reikia stipraus, gilaus žemės drebėjimo, kad supurtytų planetą“, – sakė geomokslų docentė Jessica Irving.
Dideli žemės drebėjimai yra daug galingesni nei įprasti, kurių energija didėja 30 kartų su kiekvienu papildomu žingsniu Richterio skalėje. Irvingas gauna geriausius duomenis apie žemės drebėjimus, kurių stiprumas yra 7.0 ir didesnis, nes tokių didelių drebėjimų skleidžiamos seisminės bangos pasklinda įvairiomis kryptimis ir gali nukeliauti per šerdį į kitą planetos pusę ir atgal. Pagrindiniai šio tyrimo duomenys buvo gauti iš seisminių bangų, užfiksuotų po 8.3 balo žemės drebėjimo – antrojo giliausio kada nors geologų užfiksuoto žemės drebėjimo, sukrėtusio Boliviją 1994 m.
„Tokio masto žemės drebėjimai neįvyksta dažnai. Mums labai pasisekė, kad dabar visame pasaulyje sumontuota daug daugiau seismometrų nei prieš 20 metų. Seismologija taip pat labai pasikeitė per pastaruosius 20 metų dėl naujų instrumentų ir kompiuterių galios.
Seismologai ir duomenų mokslininkai naudoja superkompiuterius, tokius kaip Prinstono tigro klasterio superkompiuteris, kad imituotų sudėtingą seisminių bangų išsibarstymą giliai po žeme.
Technologijos grindžiamos pagrindinėmis bangų savybėmis: jų gebėjimu atsispindėti ir lūžti. Lygiai taip pat, kaip šviesos bangos gali atsimušti (atsispindėti) nuo veidrodžio arba susilenkti (lūžti), kai jos praeina per prizmę, taip ir seisminės bangos sklinda vienarūšėmis uolienomis, bet atsispindi arba lūžta, kai savo kelyje susiduria su šiurkščiais paviršiais.
„Žinome, kad beveik visų objektų paviršiai yra nelygūs ir todėl gali išsklaidyti šviesą“, – sakė tyrimo vadovas Wenbo Wu, neseniai įgijęs geonomijos daktaro laipsnį ir šiuo metu studijuojantis Kalifornijos technologijos institute. „Dėl šio fakto galime „matyti“ šiuos objektus – sklaidančios bangos neša informaciją apie paviršių, su kuriais jie susiduria savo kelyje, šiurkštumą. Šiame tyrime nagrinėjome sklaidančias seismines bangas, sklindančias giliai Žemės viduje, kad nustatytų rastos 660 kilometrų ribos „nelygumą“.
Tyrėjus nustebino, kokia „šiurkšti“ yra ši riba – net labiau nei paviršinis sluoksnis, ant kurio gyvename. "Kitaip tariant, šio požeminio sluoksnio topografija yra sudėtingesnė nei Uolinių kalnų ar Apalačų kalnų sistemos", - sakė Wu. Jų statistinis modelis negalėjo nustatyti tikslaus šių požeminių kalnų aukščio, tačiau yra didelė tikimybė, kad jie yra daug aukštesni už bet ką Žemės paviršiuje. Mokslininkai taip pat pastebėjo, kad 660 kilometrų riba taip pat pasiskirsto netolygiai. Lygiai taip pat, kaip sausumos sluoksnis turi lygų vandenyno paviršių kai kuriose vietose, o masyvius kalnus kitose, 660 km ribos paviršiuje taip pat yra nelygių zonų ir lygių sluoksnių. Tyrėjai taip pat pažvelgė į požeminius sluoksnius 410 kilometrų gylyje ir vidurinės mantijos viršuje, tačiau nepavyko rasti panašaus šiurkštumo šiuose paviršiuose.
„Jie nustatė, kad 660 kilometrų riba yra tokia pat sudėtinga kaip ir paviršinis sluoksnis“, – sakė seismologė Christina Hauser, Tokijo technologijos instituto docentė, kuri nedalyvavo tyrime. „Panaudoti galingų žemės drebėjimų sukurtas seismines bangas 3 kilometrų gylyje po žeme rasti 660 kilometrų reljefo aukščio skirtumą yra neįsivaizduojamas žygdarbis... Jų atradimai reiškia, kad ateityje, naudojant įmantresnius seisminius instrumentus, mes gali aptikti anksčiau nežinomus, subtilius signalus, kurie atskleis mums naujas vidinių mūsų planetos sluoksnių savybes.
Seismologė Jessica Irving, geofizikos docentė, laiko du meteoritus iš Prinstono universiteto kolekcijos, kuriuose yra geležies ir kurie, kaip manoma, yra Žemės planetos dalis.
Denis Appelwhite nuotrauka.
Ką tai reiškia?
Šiurkštūs paviršiai išilgai 660 kilometrų ribos yra svarbūs norint suprasti, kaip formuojasi ir veikia mūsų planeta. Šis sluoksnis padalija mantiją, kuri sudaro apie 84 procentus mūsų planetos tūrio, į viršutinę ir apatinę dalis. Daugelį metų geologai diskutavo, kokia svarbi ši riba. Visų pirma jie tyrė, kaip šiluma pernešama per mantiją ir ar įkaitusios uolienos juda nuo Gutenbergo ribos (sluoksnio, skiriančio mantiją nuo šerdies 2900 kilometrų gylyje) iki mantijos viršaus, ar šis judėjimas. nutrūksta ties 660 kilometrų riba. Kai kurie geocheminiai ir mineraloginiai įrodymai rodo, kad viršutiniai ir apatiniai mantijos sluoksniai turi skirtingą cheminę sudėtį, o tai patvirtina mintį, kad šie du sluoksniai yra termiškai ar fiziškai nesimaišantys. Kiti stebėjimai rodo, kad viršutinis ir apatinis mantijos sluoksniai neturi cheminių skirtumų, todėl kyla diskusijų apie vadinamąją „gerai sumaišytą mantiją“, kai abu mantijos sluoksniai dalyvauja gretimame šilumos mainų cikle.
„Mūsų tyrimas suteikia naujų įžvalgų apie šias diskusijas“, - sakė Wenbo Wu. Iš šio tyrimo gauti duomenys rodo, kad abi pusės gali būti iš dalies teisios. Lygesni 660 km ribos sluoksniai galėjo susidaryti dėl kruopštaus, vertikalaus maišymosi, kur šiurkštesnės, kalnuotos zonos galėjo susiformuoti, kur viršutinės ir apatinės mantijos maišymasis vyko ne taip sklandžiai.
Be to, sluoksnio „šiurkštumą“ prie rastos ribos mokslininkai aptiko didelėmis, vidutinėmis ir mažomis skalėmis, kurias teoriškai galėjo lemti šiluminės anomalijos ar cheminis nevienalytiškumas. Tačiau dėl šilumos pernešimo mantijoje būdo, aiškina Wu, bet kokia nedidelio masto šiluminė anomalija būtų išlyginta per kelis milijonus metų. Taigi tik cheminis nevienalytiškumas gali paaiškinti šio sluoksnio šiurkštumą.
Kas gali sukelti tokį didelį cheminį nevienalytiškumą? Pavyzdžiui, uolienų atsiradimas mantijos sluoksniuose, kurie priklausė žemės plutai ir persikėlė ten per daugybę milijonų metų. Mokslininkai jau seniai diskutavo dėl plokščių ant jūros dugno, kurias į mantiją įstumia subdukcijos zonos, kurios susiduria aplink Ramųjį vandenyną ir kitas Žemės rutulio dalis, likimą. Weibo Wu ir Jessica Irving teigia, kad šių plokščių likučiai dabar gali būti aukščiau arba žemiau 660 kilometrų ribos.
„Daugelis žmonių mano, kad naudojant tik seisminių bangų duomenis, gana sunku ištirti vidinę planetos sandarą ir jos pokyčius per pastaruosius 4.5 milijardo metų. „Tačiau tai toli gražu netiesa, – sakė Irvingas. – Šis tyrimas suteikė mums naujos informacijos apie senovės tektoninių plokščių, kurios per daugelį milijardų metų nusileido į mantiją, likimą.
Galiausiai Irvingas pridūrė: „Manau, kad seismologija yra įdomiausia, kai padeda suprasti vidinę mūsų planetos struktūrą erdvėje ir laike“.
Iš vertimo autoriaus: Visada norėjau išbandyti savo jėgas išversdamas mokslo populiarinimo straipsnį iš anglų į rusų kalbą, bet nesitikėjau kiek tai sudėtinga. Didelė pagarba tiems, kurie reguliariai ir efektyviai verčia straipsnius apie Habré. Norėdami profesionaliai išversti tekstą, turite ne tik mokėti anglų kalbą, bet ir suprasti pačią temą, studijuodami trečiųjų šalių šaltinius. Pridėkite šiek tiek „gag“, kad jis skambėtų natūraliau, tačiau taip pat nepersistenkite, kad nesugadintumėte straipsnio. Labai ačiū, kad skaitėte :)
Šaltinis: www.habr.com