Visi skolēni zina, ka planēta Zeme ir sadalīta trīs (vai četros) lielos slāņos: garozā, apvalkā un kodolā. Tas kopumā ir taisnība, lai gan šajā vispārinājumā nav ņemti vērā vairāki zinātnieku identificētie papildu slāņi, no kuriem viens, piemēram, ir pārejas slānis apvalkā.
Pētījumā, kas publicēts 15. gada 2019. februārī, ģeofiziķe Džesika Ērvinga un Prinstonas universitātes maģistrantūras students Venbo Vu sadarbībā ar Sidao Ni no Ģeodēzijas un ģeofizikas institūta Ķīnā izmantoja datus, kas iegūti no spēcīgās 1994. gada zemestrīces Bolīvijā, lai atrastu kalnus. un citas topogrāfiskas pazīmes pārejas zonas virsmā dziļi apvalkā. Šis slānis, kas atrodas 660 kilometrus zem zemes, atdala augšējo un apakšējo mantiju (bez formāla nosaukuma šim slānim, pētnieki to vienkārši sauca par "660 kilometru robežu").
Lai “izskatītos” tik dziļi pazemē, zinātnieki izmantoja planētas visspēcīgākos viļņus, ko izraisīja spēcīgas zemestrīces. "Lai satricinātu planētu, ir nepieciešama spēcīga, dziļa zemestrīce," sacīja ģeozinātņu docente Džesika Ērvinga.
Lielas zemestrīces ir daudz spēcīgākas par parastajām, kuru enerģija palielinās 30 reizes ar katru nākamo pakāpi augstāk Rihtera skalā. Ērvings iegūst vislabākos datus no zemestrīcēm, kuru stiprums ir 7.0 un vairāk, jo tik lielu zemestrīču radītie seismiskie viļņi izplatās dažādos virzienos un var pārvietoties cauri kodolam uz planētas otru pusi un atpakaļ. Šim pētījumam galvenie dati tika iegūti no seismiskiem viļņiem, kas tika reģistrēti pēc 8.3 magnitūdu zemestrīces — otrās dziļākās zemestrīces, ko jebkad reģistrējuši ģeologi —, kas satricināja Bolīviju 1994. gadā.
"Šāda mēroga zemestrīces nenotiek bieži. Mums ir ļoti paveicies, ka šobrīd visā pasaulē ir uzstādīts daudz vairāk seismometru nekā pirms 20 gadiem. Arī seismoloģija pēdējos 20 gados ir ļoti mainījusies, pateicoties jauniem instrumentiem un datoru jaudai.
Seismologi un datu zinātnieki izmanto superdatorus, piemēram, Prinstonas Tiger klastera superdatoru, lai simulētu sarežģīto seismisko viļņu izkliedes uzvedību dziļi pazemē.
Tehnoloģijas balstās uz viļņu pamatīpašībām: to spēju atstarot un lauzt. Tāpat kā gaismas viļņi var atsist (atspīdēt) no spoguļa vai saliekties (lūzt), kad tie iziet cauri prizmai, seismiskie viļņi virzās cauri viendabīgiem iežiem, bet tiek atstaroti vai lauzti, kad tie savā ceļā sastopas ar raupjām virsmām.
"Mēs zinām, ka gandrīz visiem objektiem ir nevienmērīga virsma, un tāpēc tie var izkliedēt gaismu," sacīja pētījuma vadītājs Venbo Vu, kurš nesen ieguva doktora grādu ģeonomijā un pašlaik iegūst pēcdoktorantūras stipendiju Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā. "Pateicoties šim faktam, mēs varam "redzēt" šos objektus - izkliedējošie viļņi nes informāciju par virsmu raupjumu, ar kuru tie saskaras savā ceļā. Šajā pētījumā mēs apskatījām izkliedētus seismiskos viļņus, kas ceļo dziļi Zemes iekšienē, lai noteiktu atrastās 660 kilometru robežas "nelīdzenumu".
Pētniekus pārsteidza tas, cik "raupja" ir šī robeža - vēl vairāk nekā virsmas slānis, uz kura mēs dzīvojam. "Citiem vārdiem sakot, šim pazemes slānim ir sarežģītāka topogrāfija nekā Klinšu kalniem vai Apalaču kalnu sistēmai," sacīja Vu. Viņu statistiskais modelis nespēja noteikt precīzus šo pazemes kalnu augstumus, taču pastāv liela iespēja, ka tie ir daudz augstāki par jebko uz Zemes virsmas. Zinātnieki arī pamanīja, ka arī 660 kilometru robeža ir sadalīta nevienmērīgi. Tāpat kā sauszemes slānim ir gludas okeāna virsmas dažās daļās un masīvi kalni citās, 660 km robežai ir arī nelīdzenas zonas un gludi slāņi uz tās virsmas. Pētnieki aplūkoja arī pazemes slāņus 410 kilometru dziļumā un vidējās mantijas augšpusē, taču nespēja atrast līdzīgu raupjumu šajās virsmās.
"Viņi atklāja, ka 660 kilometru robeža ir tikpat sarežģīta kā virsmas slānis," sacīja seismoloģe Kristīna Hausere, Tokijas Tehnoloģiju institūta docente, kura nebija iesaistīta pētījumā. “Spēcīgu zemestrīču radīto seismisko viļņu izmantošana, lai atrastu 3 kilometru augstuma atšķirību reljefā, kas atrodas 660 kilometru dziļumā pazemē, ir neiedomājams varoņdarbs... Viņu atklājumi nozīmē, ka nākotnē, izmantojot sarežģītākus seismiskos instrumentus, mēs spēsim lai atklātu iepriekš nezināmus, smalkus signālus, kas atklās mums jaunas mūsu planētas iekšējo slāņu īpašības.
Seismoloģe Džesika Ērvinga, ģeofizikas docente, glabā divus meteorītus no Prinstonas universitātes kolekcijas, kas satur dzelzi un, domājams, ir daļa no planētas Zeme.
Fotoattēlu uzņēmis Deniss Appelvaits.
Ko tas nozīmē?
Nelīdzenu virsmu esamība gar 660 kilometru robežu ir svarīga, lai saprastu, kā veidojas un funkcionē mūsu planēta. Šis slānis sadala apvalku, kas veido aptuveni 84 procentus no mūsu planētas tilpuma, augšējā un apakšējā daļā. Gadiem ilgi ģeologi ir apsprieduši, cik svarīga ir šī robeža. Jo īpaši viņi pētīja, kā siltums tiek transportēts caur mantiju - un vai sakarsēti ieži pārvietojas no Gūtenbergas robežas (slānis, kas atdala apvalku no kodola 2900 kilometru dziļumā) līdz mantijas augšdaļai, vai arī šī kustība. tiek pārtraukts pie 660 kilometru robežas. Daži ģeoķīmiskie un mineraloloģiskie pierādījumi liecina, ka apvalka augšējam un apakšējam slāņiem ir atšķirīgs ķīmiskais sastāvs, kas apstiprina domu, ka abi slāņi nav termiski vai fiziski nesajaucami. Citi novērojumi liecina, ka apvalka augšējam un apakšējam slānim nav ķīmisku atšķirību, kas izraisa diskusijas par tā saukto "labi sajaukto apvalku", kur abi apvalka slāņi piedalās blakus esošajā siltuma apmaiņas ciklā.
"Mūsu pētījums sniedz jaunu ieskatu šajās debatēs," sacīja Venbo Vu. Šajā pētījumā iegūtie dati liecina, ka abām pusēm var būt daļēji taisnība. 660 km robežas gludākie slāņi varēja veidoties pamatīgas, vertikālas sajaukšanās rezultātā, kur varēja veidoties raupjākas, kalnainās zonas, kur augšējās un apakšējās mantijas sajaukšanās nenotika tik gludi.
Turklāt slāņa "nelīdzenumu" pie atrastās robežas lielā, vidējā un mazā mērogā atklājuši pētnieku zinātnieki, ko teorētiski varētu izraisīt termiskās anomālijas vai ķīmiskā neviendabība. Bet tā kā siltums tiek transportēts apvalkā, skaidro Vu, jebkura neliela mēroga termiskā anomālija tiktu izlīdzināta dažu miljonu gadu laikā. Tādējādi šī slāņa nelīdzenumu var izskaidrot tikai ķīmiskā neviendabība.
Kas varētu izraisīt tik ievērojamu ķīmisko neviendabīgumu? Piemēram, iežu parādīšanās mantijas slāņos, kas piederēja zemes garozai un pārvietojās tur daudzu miljonu gadu laikā. Zinātnieki jau ilgu laiku ir apsprieduši to plākšņu likteni jūras dibenā, kuras tiek iespiestas mantijā ar subdukcijas zonām, kas saduras ap Kluso okeānu un citām zemeslodes daļām. Weibo Wu un Jessica Irving norāda, ka šo plākšņu paliekas tagad var būt virs vai zem 660 kilometru robežas.
"Daudzi cilvēki uzskata, ka ir diezgan grūti izpētīt planētas iekšējo struktūru un tās izmaiņas pēdējo 4.5 miljardu gadu laikā, izmantojot tikai seismisko viļņu datus. "Bet tas ir tālu no patiesības," sacīja Ērvings. "Šis pētījums ir devis mums jaunu informāciju par seno tektonisko plātņu likteni, kas daudzu miljardu gadu laikā nolaidās mantijā."
Visbeidzot, Ērvings piebilda: "Es domāju, ka seismoloģija ir visinteresantākā, ja tā palīdz mums izprast mūsu planētas iekšējo struktūru telpā un laikā."
No tulkojuma autora: Vienmēr gribēju izmēģināt spēkus populārzinātniska raksta tulkošanā no angļu valodas krievu valodā, bet nebiju to gaidījis ciktāl tas ir sarežģīti. Liela cieņa tiem, kas regulāri un efektīvi tulko rakstus par Habrē. Lai profesionāli tulkotu tekstu, jums ne tikai jāzina angļu valoda, bet arī jāsaprot pati tēma, pētot trešo pušu avotus. Pievienojiet nedaudz “gag”, lai tas izklausītos dabiskāk, bet arī nepārspīlējiet, lai nesabojātu rakstu. Liels paldies par lasīšanu :)
Avots: www.habr.com