Semua murid sekolah tahu bahawa planet Bumi dibahagikan kepada tiga (atau empat) lapisan besar: kerak, mantel dan teras. Ini secara amnya benar, walaupun generalisasi ini tidak mengambil kira beberapa lapisan tambahan yang dikenal pasti oleh saintis, salah satunya, sebagai contoh, ialah lapisan peralihan dalam mantel.
Dalam kajian yang diterbitkan pada 15 Februari 2019, ahli geofizik Jessica Irving dan pelajar sarjana Wenbo Wu dari Princeton University, dengan kerjasama Sidao Ni dari Institut Geodetik dan Geofizik di China, menggunakan data yang diperoleh daripada gempa bumi kuat 1994 di Bolivia untuk mencari gunung. dan ciri topografi lain pada permukaan zon peralihan jauh di dalam mantel. Lapisan ini, terletak 660 kilometer di bawah tanah, memisahkan mantel atas dan bawah (tanpa nama rasmi untuk lapisan ini, penyelidik hanya memanggilnya "sempadan 660 kilometer").
Untuk "melihat" begitu dalam di bawah tanah, saintis menggunakan gelombang paling kuat di planet ini, yang disebabkan oleh gempa bumi yang kuat. "Anda memerlukan gempa bumi yang kuat dan dalam untuk menggegarkan planet ini," kata Jessica Irving, penolong profesor geosains.
Gempa bumi besar jauh lebih kuat daripada gempa bumi biasaβtenaganya meningkat 30 kali ganda dengan setiap peningkatan tambahan pada skala Richter. Irving mendapat data terbaiknya daripada gempa bumi dengan magnitud 7.0 dan ke atas kerana gelombang seismik yang dihantar oleh gempa bumi sebegitu besar merebak ke arah yang berbeza dan boleh bergerak melalui teras ke bahagian lain planet dan belakang. Untuk kajian ini, data utama datang daripada gelombang seismik yang direkodkan daripada gempa bumi bermagnitud 8.3βgempa bumi kedua terdalam yang pernah direkodkan oleh ahli geologiβyang menggegarkan Bolivia pada tahun 1994.
βGempa bumi sebesar ini tidak kerap berlaku. Kami sangat bernasib baik kerana kini terdapat lebih banyak seismometer dipasang di seluruh dunia berbanding 20 tahun yang lalu. Seismologi juga telah banyak berubah dalam 20 tahun yang lalu, terima kasih kepada instrumen baharu dan kuasa komputer.
Ahli seismologi dan saintis data menggunakan superkomputer, seperti superkomputer gugusan Tiger Princeton, untuk mensimulasikan tingkah laku kompleks penyerakan gelombang seismik jauh di bawah tanah.
Teknologi adalah berdasarkan sifat asas gelombang: keupayaannya untuk dipantulkan dan dibiaskan. Sama seperti gelombang cahaya boleh melantun (memantulkan) cermin atau membengkok (membiaskan) apabila ia melalui prisma, gelombang seismik bergerak melalui batuan homogen tetapi dipantulkan atau dibiaskan apabila ia menghadapi permukaan kasar di laluannya.
"Kami tahu bahawa hampir semua objek mempunyai permukaan yang tidak rata dan oleh itu boleh menyebarkan cahaya," kata Wenbo Wu, pengarang utama kajian itu, yang baru-baru ini memperoleh ijazah kedoktoran dalam geonomi dan kini sedang mengikuti persekutuan pasca doktoral di California Institute of Technology. "Terima kasih kepada fakta ini, kita boleh "melihat" objek ini - ombak yang berselerak membawa maklumat tentang kekasaran permukaan yang mereka hadapi di laluan mereka. Dalam kajian ini, kami melihat taburan gelombang seismik yang bergerak jauh di dalam Bumi untuk menentukan "kekasaran" sempadan 660 kilometer yang ditemui."
Para penyelidik terkejut dengan betapa "kasar" sempadan ini - lebih-lebih lagi daripada lapisan permukaan tempat kita tinggal. "Dengan kata lain, lapisan bawah tanah ini mempunyai topografi yang lebih kompleks daripada Pergunungan Rocky atau sistem gunung Appalachian," kata Wu. Model statistik mereka tidak dapat menentukan ketinggian tepat gunung bawah tanah ini, tetapi ada kemungkinan besar mereka jauh lebih tinggi daripada apa-apa di permukaan Bumi. Para saintis juga menyedari bahawa sempadan sepanjang 660 kilometer itu juga tidak sekata. Dengan cara yang sama seperti lapisan daratan mempunyai permukaan laut licin di beberapa bahagian dan gunung besar di bahagian lain, sempadan 660 km juga mempunyai zon kasar dan lapisan licin di permukaannya. Para penyelidik juga melihat lapisan bawah tanah pada kedalaman 410 kilometer dan di bahagian atas mantel tengah, tetapi tidak dapat menemui kekasaran yang sama di permukaan ini.
"Mereka mendapati bahawa sempadan 660 kilometer adalah kompleks seperti lapisan permukaan, " kata ahli seismologi Christina Hauser, penolong profesor di Institut Teknologi Tokyo yang tidak terlibat dalam kajian itu. βMenggunakan gelombang seismik yang dicipta oleh gempa bumi yang kuat untuk mencari perbezaan ketinggian 3 kilometer bagi rupa bumi 660 kilometer dalam bawah tanah adalah satu pencapaian yang tidak dapat dibayangkan... Penemuan mereka bermakna pada masa hadapan, menggunakan instrumen seismik yang lebih canggih, kita akan dapat untuk mengesan isyarat halus yang tidak diketahui sebelum ini, yang akan mendedahkan kepada kita sifat baharu lapisan dalam planet kita.β
Ahli seismologi Jessica Irving, penolong profesor geofizik, memegang dua meteorit dari koleksi Universiti Princeton yang mengandungi besi dan dipercayai sebahagian daripada planet bumi.
Gambar diambil oleh Denis Appelwhite.
Apakah maksud ini?
Kewujudan permukaan kasar di sepanjang sempadan 660 kilometer adalah penting untuk memahami bagaimana planet kita terbentuk dan berfungsi. Lapisan ini membahagikan mantel, yang membentuk kira-kira 84 peratus daripada isipadu planet kita, kepada bahagian atas dan bawah. Selama bertahun-tahun, ahli geologi telah membahaskan betapa pentingnya sempadan ini. Khususnya, mereka mengkaji bagaimana haba diangkut melalui mantel - dan sama ada batu yang dipanaskan bergerak dari sempadan Gutenberg (lapisan yang memisahkan mantel dari teras pada kedalaman 2900 kilometer) sehingga ke atas mantel, atau sama ada pergerakan ini terganggu di sempadan 660 kilometer. Beberapa bukti geokimia dan mineralogi menunjukkan bahawa lapisan atas dan bawah mantel mempunyai komposisi kimia yang berbeza, menyokong idea bahawa kedua-dua lapisan itu tidak boleh larut secara haba atau fizikal. Pemerhatian lain mencadangkan bahawa lapisan atas dan bawah mantel tidak mempunyai perbezaan kimia, menimbulkan perdebatan tentang apa yang dipanggil "mantel bercampur baik", di mana kedua-dua lapisan mantel mengambil bahagian dalam kitaran pertukaran haba bersebelahan.
"Kajian kami memberikan pandangan baharu tentang perdebatan ini," kata Wenbo Wu. Data yang diperoleh daripada kajian ini menunjukkan bahawa kedua-dua pihak mungkin sebahagiannya betul. Lapisan sempadan 660 km yang lebih licin mungkin terbentuk kerana percampuran menegak yang menyeluruh, di mana zon pergunungan yang lebih kasar mungkin terbentuk di mana percampuran mantel atas dan bawah tidak berjalan dengan lancar.
Di samping itu, "kekasaran" lapisan pada sempadan yang ditemui dikesan pada skala besar, sederhana dan kecil oleh saintis penyelidikan, yang secara teorinya boleh disebabkan oleh anomali terma atau heterogeniti kimia. Tetapi kerana cara haba diangkut dalam mantel, Wu menjelaskan, sebarang anomali haba berskala kecil akan terlicin dalam masa beberapa juta tahun. Oleh itu, hanya heterogeniti kimia boleh menjelaskan kekasaran lapisan ini.
Apakah yang boleh menyebabkan heterogeniti kimia yang ketara? Contohnya, kemunculan batuan dalam lapisan mantel yang dimiliki oleh kerak bumi dan berpindah ke sana selama berjuta-juta tahun. Para saintis telah lama membahaskan nasib plat di dasar laut yang ditolak ke dalam mantel oleh zon subduksi yang bertembung di sekitar Lautan Pasifik dan bahagian lain di dunia. Weibo Wu dan Jessica Irving mencadangkan bahawa sisa-sisa plat ini kini mungkin berada di atas atau di bawah sempadan 660 kilometer.
βRamai orang percaya bahawa agak sukar untuk mengkaji struktur dalaman planet dan perubahannya sejak 4.5 bilion tahun yang lalu hanya menggunakan data gelombang seismik. "Tetapi ini jauh dari kebenaran!" Irving berkata. "Penyelidikan ini telah memberi kita maklumat baharu tentang nasib plat tektonik purba yang turun ke dalam mantel selama berbilion tahun."
Akhirnya, Irving menambah, "Saya fikir seismologi adalah paling menarik apabila ia membantu kita memahami struktur dalaman planet kita dalam ruang dan masa."
Daripada pengarang terjemahan: Saya sentiasa ingin mencuba tangan saya untuk menterjemah artikel sains popular daripada bahasa Inggeris ke bahasa Rusia, tetapi saya tidak menjangkakannya sejauh mana ia rumit. Setinggi-tinggi penghormatan kepada mereka yang kerap dan cekap menterjemah artikel tentang HabrΓ©. Untuk menterjemah teks secara profesional, anda bukan sahaja perlu mengetahui bahasa Inggeris, tetapi juga memahami topik itu sendiri dengan mengkaji sumber pihak ketiga. Tambah sedikit "gag" untuk menjadikannya terdengar lebih semula jadi, tetapi juga tidak keterlaluan, supaya tidak merosakkan artikel. Terima kasih banyak kerana membaca :)
Sumber: www.habr.com