Како силните земјотреси во Боливија отворија планини 660 километри под земја

Сите ученици знаат дека планетата Земја е поделена на три (или четири) големи слоеви: кора, обвивка и јадро. Ова е генерално точно, иако оваа генерализација не зема предвид неколку дополнителни слоеви идентификувани од научниците, од кои еден, на пример, е преодниот слој во мантија.

Во студија објавена на 15 февруари 2019 година, геофизичарката Џесика Ирвинг и магистрантката Венбо Ву од Универзитетот Принстон, во соработка со Сидао Ни од Геодетскиот и Геофизичкиот институт во Кина, користеа податоци добиени од моќниот земјотрес во Боливија во 1994 година за да ги пронајдат планините. и други топографски карактеристики на површината на преодната зона длабоко во мантија. Овој слој, кој се наоѓа на 660 километри под земја, ги дели горната и долната обвивка (без формално име за овој слој, истражувачите едноставно го нарекоа „660-километарска граница“).

За да „изгледаат“ толку длабоко под земја, научниците ги користеле најмоќните бранови на планетата, предизвикани од силни земјотреси. „Потребен ви е силен, длабок земјотрес за да ја потресете планетата“, рече Џесика Ирвинг, доцент по геонауки.

Големите земјотреси се многу помоќни од обичните - чија енергија се зголемува за 30 пати со секој дополнителен чекор по Рихтеровата скала. Ирвинг ги добива своите најдобри податоци од земјотреси со јачина од 7.0 и повеќе, бидејќи сеизмичките бранови испратени од толку големи потреси се шират во различни насоки и можат да патуваат низ јадрото до другата страна на планетата и назад. За оваа студија, клучните податоци дојдоа од сеизмичките бранови кои беа снимени од земјотрес со јачина од 8.3 степени - вториот најдлабок земјотрес некогаш регистриран од геолозите - што ја потресе Боливија во 1994 година.

„Земјотреси од оваа јачина не се случуваат често. Ние сме многу среќни што сега има многу повеќе сеизмометри инсталирани низ светот отколку пред 20 години. Сеизмологијата, исто така, значително се промени во последните 20 години, благодарение на новите инструменти и компјутерската моќност.

Сеизмолозите и научниците за податоци користат суперкомпјутери, како што е суперкомпјутерот со кластерот на Принстон, за да го симулираат сложеното однесување на расејувањето на сеизмичките бранови длабоко под земја.

Технологиите се засноваат на основните својства на брановите: нивната способност да се рефлектираат и прекршуваат. Исто како што светлосните бранови можат да отскокнат (рефлектираат) од огледалото или да се превиткуваат (прекршуваат) кога минуваат низ призма, сеизмичките бранови патуваат низ хомогени карпи, но се рефлектираат или прекршуваат кога ќе наидат на груби површини на нивниот пат.

„Знаеме дека скоро сите објекти имаат нерамна површина и затоа можат да ја распрснуваат светлината“, рече Венбо Ву, водечки автор на студијата, кој неодамна докторираше по геономија и моментално е на постдокторски стипендија на Технолошкиот институт во Калифорнија. „Благодарение на овој факт, можеме да ги „видиме“ овие објекти - расејувачките бранови носат информации за грубоста на површините што ги среќаваат на нивниот пат. Во оваа студија, ги разгледавме расфрланите сеизмички бранови кои патуваат длабоко во Земјата за да ја одредиме „грубоста“ на пронајдената граница од 660 километри“.

Истражувачите беа изненадени од тоа колку е „груба“ оваа граница - дури и повеќе од површинскиот слој на кој живееме. „Со други зборови, овој подземен слој има топографија посложена од Карпестите Планини или планинскиот систем на Апалачите“, рече Ву. Нивниот статистички модел не беше во можност да ги одреди точните височини на овие подземни планини, но има добри шанси тие да се многу повисоки од било што на површината на Земјата. Научниците забележале и дека границата од 660 километри е исто така нерамномерно распоредена. На ист начин како што копнениот слој има мазни океански површини во некои делови и масивни планини во други, границата од 660 километри исто така има груби зони и мазни слоеви на нејзината површина. Истражувачите, исто така, ги погледнаа подземните слоеви на длабочина од 410 километри и на врвот на средната обвивка, но не беа во можност да најдат слична грубост на овие површини.

„Тие открија дека границата од 660 километри е сложена колку и површинскиот слој“, вели сеизмологот Кристина Хаузер, доцент на Технолошкиот институт во Токио, која не била вклучена во студијата. „Користењето на сеизмичките бранови создадени од моќните земјотреси за да се најде разлика од 3 километри во висината на теренот длабок 660 километри под земја е незамислив подвиг... Нивните откритија значат дека во иднина, користејќи пософистицирани сеизмички инструменти, ќе бидеме способни да детектираат претходно непознати, суптилни сигнали, кои ќе ни откријат нови својства на внатрешните слоеви на нашата планета“.

Сеизмологот Џесика Ирвинг, доцент по геофизика, држи два метеорити од колекцијата на Универзитетот Принстон кои содржат железо и се верува дека се дел од планетата Земја.
Фотографијата е направена од Денис Апелвајт.

Што значи ова?

Постоењето на груби површини долж границата од 660 километри е важно за да се разбере како се формира и функционира нашата планета. Овој слој ја дели обвивката, која сочинува околу 84 проценти од волуменот на нашата планета, на горните и долните делови. Со години, геолозите дебатираа колку е важна оваа граница. Конкретно, тие проучувале како топлината се транспортира низ обвивката - и дали загреаните карпи се движат од границата на Гутенберг (слојот што ја дели мантија од јадрото на длабочина од 2900 километри) до врвот на мантија или дали ова движење е прекинат на границата од 660 километри. Некои геохемиски и минералошки докази сугерираат дека горните и долните слоеви на обвивката имаат различни хемиски состави, што ја поддржува идејата дека двата слоја се термички или физички неизмешани. Други набљудувања сугерираат дека горните и долните слоеви на мантија немаат хемиска разлика, што доведува до дебата за таканаречената „добро измешана мантија“, каде што двата слоја на мантија учествуваат во соседниот циклус на размена на топлина.

„Нашата студија дава нови сознанија за оваа дебата“, рече Венбо Ву. Податоците добиени од оваа студија сугерираат дека двете страни можеби се делумно во право. Помазните слоеви на границата од 660 km можеби се формирале поради темелно, вертикално мешање, каде што можеби се формирале погрубите, планински зони каде што мешањето на горната и долната обвивка не се одвивало толку непречено.

Дополнително, „грубоста“ на слојот на пронајдената граница беше откриена на големи, средни и мали размери од страна на истражувачите научници, што теоретски би можело да биде предизвикано од термички аномалии или хетерогеност од хемиска природа. Но, поради начинот на кој топлината се транспортира во обвивката, објаснува Ву, секоја мала термичка аномалија би била измазнета во рок од неколку милиони години. Така, само хемиската хетерогеност може да ја објасни грубоста на овој слој.

Што може да предизвика таква значајна хетерогеност? На пример, појавата на карпи во слоевите на обвивката што припаѓале на земјината кора и се преселиле таму во текот на многу милиони години. Научниците долго дебатираа за судбината на плочите на морското дно кои се туркаат во обвивката од зоните на субдукција кои се судираат околу Тихиот Океан и другите делови на земјината топка. Веибо Ву и Џесика Ирвинг сугерираат дека остатоците од овие плочи сега може да се наоѓаат над или под границата од 660 километри.

„Многу луѓе веруваат дека е доста тешко да се проучува внатрешната структура на планетата и нејзините промени во изминатите 4.5 милијарди години користејќи само податоци за сеизмички бранови. Но, ова е далеку од вистината!

Конечно, Ирвинг додаде: „Мислам дека сеизмологијата е најинтересна кога ни помага да ја разбереме внатрешната структура на нашата планета во просторот и времето“.

Од авторот на преводот: Отсекогаш сакав да се обидам да преведам популарна научна статија од англиски на руски, но не го очекував колку комплицирано е. Голема почит до оние кои редовно и ефикасно преведуваат написи на Хабре. За да преведете текст професионално, не треба само да знаете англиски, туку и да ја разберете самата тема со проучување на извори од трети страни. Додадете малку „замолкнување“ за да звучи поприродно, но и да не претерувате, за да не ја расипете статијата. Ви благодарам многу за читањето :)

Извор: www.habr.com