Alle skolebarn vet at planeten Jorden er delt inn i tre (eller fire) store lag: skorpen, mantelen og kjernen. Dette er generelt sant, selv om denne generaliseringen ikke tar hensyn til flere ekstra lag identifisert av forskere, hvorav et for eksempel er overgangslaget i mantelen.
I en studie publisert 15. februar 2019 brukte geofysiker Jessica Irving og masterstudent Wenbo Wu ved Princeton University, i samarbeid med Sidao Ni ved Geodetic and Geophysical Institute i Kina, data hentet fra det kraftige jordskjelvet i 1994 i Bolivia for å finne fjellene. og andre topografiske trekk på overflaten av overgangssonen dypt inne i mantelen. Dette laget, som ligger 660 kilometer under bakken, skiller den øvre og nedre mantelen (uten et formelt navn for dette laget kalte forskerne det ganske enkelt "660-kilometersgrensen").
For å "se" så dypt under jorden brukte forskerne de kraftigste bølgene på planeten, forårsaket av sterke jordskjelv. "Du trenger et sterkt, dypt jordskjelv for å ryste planeten," sa Jessica Irving, assisterende professor i geovitenskap.
Store jordskjelv er mye kraftigere enn vanlige - energien til disse øker 30 ganger for hvert ekstra trinn opp på Richters skala. Irving får sine beste data fra jordskjelv med styrke 7.0 og høyere fordi de seismiske bølgene som sendes ut av så store skjelv sprer seg i forskjellige retninger og kan reise gjennom kjernen til den andre siden av planeten og tilbake. For denne studien kom nøkkeldata fra seismiske bølger som ble registrert fra et jordskjelv med styrke 8.3 – det nest dypeste jordskjelvet som noen gang er registrert av geologer – som rystet Bolivia i 1994.
"Jordskjelv av denne størrelsesorden skjer ikke ofte. Vi er veldig heldige at det nå er mange flere seismometre installert rundt om i verden enn det var for 20 år siden. Seismologien har også endret seg mye de siste 20 årene, takket være nye instrumenter og datakraft.
Seismologer og dataforskere bruker superdatamaskiner, for eksempel Princetons superdatamaskin Tiger-klynge, for å simulere den komplekse oppførselen til å spre seismiske bølger dypt under jorden.
Teknologier er basert på de grunnleggende egenskapene til bølger: deres evne til å reflekteres og brytes. Akkurat som lysbølger kan sprette (reflektere) av et speil eller bøye (bryte) når de passerer gjennom et prisme, beveger seismiske bølger seg gjennom homogene bergarter, men reflekteres eller brytes når de møter grove overflater i veien.
"Vi vet at nesten alle objekter har ujevne overflater og derfor kan spre lys," sa Wenbo Wu, studiens hovedforfatter, som nylig tok en doktorgrad i geonomi og for tiden forfølger et postdoktorstipend ved California Institute of Technology. "Takket være dette faktum kan vi "se" disse objektene - spredningsbølger bærer informasjon om ruheten til overflatene de møter på veien. I denne studien så vi på spredning av seismiske bølger som beveger seg dypt inne i jorden for å bestemme "ruheten" til den 660 kilometer lange grensen som er funnet."
Forskerne ble overrasket over hvor "ru" denne grensen er - enda mer enn overflatelaget vi bor på. "Med andre ord har dette underjordiske laget en topografi som er mer kompleks enn Rocky Mountains eller Appalachian-fjellsystemet," sa Wu. Deres statistiske modell klarte ikke å bestemme de nøyaktige høydene til disse underjordiske fjellene, men det er en god sjanse for at de er mye høyere enn noe annet på jordens overflate. Forskere la også merke til at den 660 kilometer lange grensen også er ujevnt fordelt. På samme måte som landlaget har jevne havoverflater i noen deler og massive fjell i andre, har 660 km-grensen også grove soner og glatte lag på overflaten. Forskerne så også på de underjordiske lagene på 410 kilometers dybde og på toppen av midtkappen, men klarte ikke å finne tilsvarende ruhet i disse overflatene.
"De fant at grensen på 660 kilometer er like kompleks som overflatelaget," sa seismolog Christina Hauser, en assisterende professor ved Tokyo Institute of Technology som ikke var involvert i studien. «Å bruke de seismiske bølgene skapt av kraftige jordskjelv for å finne en 3-kilometers høydeforskjell i et terreng som er 660 kilometer dypt under bakken, er en ufattelig bragd... Oppdagelsene deres betyr at vi i fremtiden vil kunne bruke mer sofistikerte seismiske instrumenter. å oppdage tidligere ukjente, subtile signaler, som vil avsløre for oss nye egenskaper ved de indre lagene på planeten vår."
Seismolog Jessica Irving, assisterende professor i geofysikk, holder to meteoritter fra Princeton University-samlingen som inneholder jern og antas å være en del av planeten jorda.
Bildet er tatt av Denis Appelwhite.
Hva betyr dette?
Eksistensen av grove overflater langs den 660 kilometer lange grensen er viktig for å forstå hvordan planeten vår dannes og fungerer. Dette laget deler mantelen, som utgjør omtrent 84 prosent av planetens volum, i øvre og nedre deler. I årevis har geologer diskutert hvor viktig denne grensen er. Spesielt studerte de hvordan varme transporteres gjennom mantelen – og om oppvarmede bergarter beveger seg fra Gutenberg-grensen (laget som skiller mantelen fra kjernen på 2900 kilometers dyp) opp til toppen av mantelen, eller om denne bevegelsen blir avbrutt ved 660-kilometersgrensen. Noen geokjemiske og mineralogiske bevis tyder på at de øvre og nedre lagene av mantelen har forskjellige kjemiske sammensetninger, noe som støtter ideen om at de to lagene er termisk eller fysisk ublandbare. Andre observasjoner antyder at de øvre og nedre lagene av mantelen ikke har noen kjemisk forskjell, noe som gir opphav til debatten om den såkalte "godt blandede mantelen", der begge lagene av mantelen deltar i en tilstøtende varmevekslingssyklus.
"Vår studie gir ny innsikt i denne debatten," sa Wenbo Wu. Dataene innhentet fra denne studien antyder at begge sider kan ha delvis rett. De jevnere lagene på 660 km-grensen kan ha dannet seg på grunn av grundig, vertikal blanding, der de grovere, fjellrike sonene kan ha dannet seg der blandingen av øvre og nedre mantel ikke forløp like jevnt.
I tillegg ble "ruheten" til laget ved den funnet grensen oppdaget i store, mellomstore og små skalaer av forskere, som i teorien kan være forårsaket av termiske anomalier eller kjemisk heterogenitet. Men på grunn av måten varme transporteres i mantelen, forklarer Wu, vil enhver termisk anomali i liten skala bli jevnet ut innen noen få millioner år. Dermed er det bare kjemisk heterogenitet som kan forklare ruheten til dette laget.
Hva kan forårsake en så betydelig kjemisk heterogenitet? For eksempel utseendet til bergarter i lagene av mantelen som tilhørte jordskorpen og beveget seg dit over mange millioner år. Forskere har lenge diskutert skjebnen til plater på havbunnen som presses inn i mantelen av subduksjonssoner som kolliderer rundt Stillehavet og andre deler av kloden. Weibo Wu og Jessica Irving antyder at rester av disse platene nå kan være over eller under grensen på 660 kilometer.
"Mange tror at det er ganske vanskelig å studere planetens indre struktur og dens endringer de siste 4.5 milliarder årene kun ved å bruke seismiske bølgedata. «Men dette er langt fra sant!» sa Irving. «Denne forskningen har gitt oss ny informasjon om skjebnen til eldgamle tektoniske plater som har falt ned i mantelen over mange milliarder år.»
Til slutt la Irving til: "Jeg tror seismologi er mest interessant når den hjelper oss å forstå den indre strukturen til planeten vår i rom og tid."
Fra forfatteren av oversettelsen: Jeg har alltid ønsket å prøve meg på å oversette en populærvitenskapelig artikkel fra engelsk til russisk, men jeg hadde ikke forventet det så langt som det er komplisert. Stor respekt til de som regelmessig og effektivt oversetter artikler om Habré. For å oversette en tekst profesjonelt, trenger du ikke bare å kunne engelsk, men også å forstå selve emnet ved å studere tredjepartskilder. Legg til en liten "gag" for å få det til å høres mer naturlig ut, men heller ikke overdriv det for ikke å ødelegge artikkelen. Tusen takk for at du leste :)
Kilde: www.habr.com