Toți școlarii știu că planeta Pământ este împărțită în trei (sau patru) straturi mari: crusta, mantaua și miezul. Acest lucru este în general adevărat, deși această generalizare nu ia în considerare mai multe straturi suplimentare identificate de oamenii de știință, dintre care unul, de exemplu, este stratul de tranziție din interiorul mantalei.
Într-un studiu publicat pe 15 februarie 2019, geofizicianul Jessica Irving și studentul de master Wenbo Wu de la Universitatea Princeton, în colaborare cu Sidao Ni de la Institutul de Geodezică și Geofizică din China, au folosit datele obținute de la puternicul cutremur din 1994 din Bolivia pentru a găsi munții. și alte caracteristici topografice de pe suprafața zonei de tranziție adânc în manta. Acest strat, situat la 660 de kilometri sub pământ, separă mantaua superioară și inferioară (fără un nume oficial pentru acest strat, cercetătorii l-au numit pur și simplu „limită de 660 de kilometri”).
Pentru a „privi” atât de adânc în subteran, oamenii de știință au folosit cele mai puternice valuri de pe planetă, cauzate de cutremure puternice. „Ai nevoie de un cutremur puternic și profund pentru a zgudui planeta”, a spus Jessica Irving, profesor asistent de geoștiințe.
Cutremurele mari sunt mult mai puternice decât cele obișnuite - a căror energie crește de 30 de ori cu fiecare pas suplimentar pe scara Richter. Irving obține cele mai bune date de la cutremure cu magnitudini de 7.0 și peste, deoarece undele seismice trimise de cutremure atât de mari se răspândesc în direcții diferite și pot călători prin nucleu până în cealaltă parte a planetei și înapoi. Pentru acest studiu, datele cheie au provenit de la undele seismice care au fost înregistrate de la un cutremur cu magnitudinea 8.3 – al doilea cel mai profund cutremur înregistrat vreodată de geologi – care a zguduit Bolivia în 1994.
„Cutremurele de această magnitudine nu au loc des. Suntem foarte norocoși că acum există mult mai multe seismometre instalate în întreaga lume decât erau acum 20 de ani. Seismologia s-a schimbat, de asemenea, foarte mult în ultimii 20 de ani, datorită noilor instrumente și puterii computerului.
Seismologii și oamenii de știință de date folosesc supercalculatoare, cum ar fi supercomputerul de cluster Tiger de la Princeton, pentru a simula comportamentul complex al împrăștierii undelor seismice adânci în subteran.
Tehnologiile se bazează pe proprietățile fundamentale ale undelor: capacitatea lor de a fi reflectate și refractate. Așa cum undele luminoase pot sări (reflecta) de pe o oglindă sau se pot îndoi (refracta) atunci când trec printr-o prismă, undele seismice călătoresc prin roci omogene, dar sunt reflectate sau refractate atunci când întâlnesc suprafețe aspre în calea lor.
„Știm că aproape toate obiectele au suprafețe neuniforme și, prin urmare, pot împrăștia lumina”, a spus Wenbo Wu, autorul principal al studiului, care a obținut recent un doctorat în geonomie și urmează în prezent o bursă postdoctorală la Institutul de Tehnologie din California. „Datorită acestui fapt, putem „vedea” aceste obiecte - undele care se împrăștie transportă informații despre rugozitatea suprafețelor pe care le întâlnesc pe calea lor. În acest studiu, am analizat undele seismice împrăștiate care călătoresc adânc în interiorul Pământului pentru a determina „rugozitatea” graniței de 660 de kilometri găsite.”
Cercetătorii au fost surprinși de cât de „aspră” este această limită – cu atât mai mult decât stratul de suprafață pe care trăim. „Cu alte cuvinte, acest strat subteran are o topografie mai complexă decât Munții Stâncoși sau sistemul montan Apalachi”, a spus Wu. Modelul lor statistic nu a putut determina înălțimile exacte ale acestor munți subterani, dar există șanse mari ca aceștia să fie mult mai înalți decât orice pe suprafața Pământului. Oamenii de știință au observat, de asemenea, că granița de 660 de kilometri este, de asemenea, distribuită inegal. În același mod în care stratul de uscat are suprafețe netede ale oceanelor în unele părți și munți masivi în altele, limita de 660 km are, de asemenea, zone aspre și straturi netede pe suprafața sa. Cercetătorii s-au uitat, de asemenea, la straturile subterane la o adâncime de 410 kilometri și în partea de sus a mantalei mijlocii, dar nu au reușit să găsească o rugozitate similară în aceste suprafețe.
„Au descoperit că limita de 660 de kilometri este la fel de complexă ca stratul de suprafață”, a declarat seismologul Christina Hauser, profesor asistent la Institutul de Tehnologie din Tokyo, care nu a fost implicat în studiu. „Folosirea undelor seismice create de cutremure puternice pentru a găsi o diferență de 3 kilometri în înălțimea terenului la 660 de kilometri adâncime sub pământ este o performanță de neimaginat... Descoperirile lor înseamnă că în viitor, folosind instrumente seismice mai sofisticate, vom fi capabil să detecteze semnale subtile, necunoscute anterior, care ne vor dezvălui noi proprietăți ale straturilor interioare ale planetei noastre.”
Seismologul Jessica Irving, profesor asistent de geofizică, deține doi meteoriți din colecția Universității Princeton care conțin fier și se crede că fac parte din planeta Pământului.
Fotografie făcută de Denis Appelwhite.
Ce inseamna asta?
Existența suprafețelor rugoase de-a lungul graniței de 660 de kilometri este importantă pentru înțelegerea modului în care se formează și funcționează planeta noastră. Acest strat împarte mantaua, care reprezintă aproximativ 84% din volumul planetei noastre, în secțiuni superioare și inferioare. De ani de zile, geologii au dezbătut cât de importantă este această graniță. În special, au studiat modul în care căldura este transportată prin manta - și dacă rocile încălzite se deplasează de la limita Gutenberg (stratul care separă mantaua de miez la o adâncime de 2900 de kilometri) până la vârful mantalei sau dacă această mișcare. este întreruptă la limita de 660 de kilometri. Unele dovezi geochimice și mineralogice sugerează că straturile superioare și inferioare ale mantalei au compoziții chimice diferite, susținând ideea că cele două straturi sunt nemiscibile termic sau fizic. Alte observații sugerează că straturile superioare și inferioare ale mantalei nu au nicio diferență chimică, dând naștere dezbaterii despre așa-numita „mantale bine amestecată”, în care ambele straturi ale mantalei participă la un ciclu de schimb de căldură adiacent.
„Studiul nostru oferă noi perspective asupra acestei dezbateri”, a spus Wenbo Wu. Datele obținute din acest studiu sugerează că ambele părți pot avea parțial dreptate. Straturile mai netede ale graniței de 660 km s-ar putea să se fi format datorită amestecării minuțioase, verticale, unde zonele muntoase mai aspre s-au format unde amestecarea mantalei superioare și inferioare nu a decurs la fel de bine.
În plus, „rugozitatea” stratului de la limita găsită a fost detectată la scară mare, medie și mică de oamenii de știință, care în teorie ar putea fi cauzată de anomalii termice sau de eterogenitatea chimică. Dar, din cauza modului în care căldura este transportată în manta, explică Wu, orice anomalie termică la scară mică ar fi netezită în câteva milioane de ani. Astfel, doar eterogenitatea chimică poate explica rugozitatea acestui strat.
Ce ar putea cauza o asemenea eterogenitate chimică semnificativă? De exemplu, apariția rocilor în straturile mantalei care au aparținut scoarței terestre și s-au mutat acolo de-a lungul a mai multor milioane de ani. Oamenii de știință au dezbătut mult timp despre soarta plăcilor de pe fundul mării, care sunt împinse în mantaură de zonele de subducție care se ciocnesc în jurul Oceanului Pacific și în alte părți ale globului. Weibo Wu și Jessica Irving sugerează că rămășițele acestor plăci ar putea fi acum deasupra sau sub limita de 660 de kilometri.
„Mulți oameni cred că este destul de dificil să studiezi structura internă a planetei și modificările acesteia în ultimii 4.5 miliarde de ani folosind doar date seismice. „Dar acest lucru este departe de a fi adevărat!”, a spus Irving, „această cercetare ne-a oferit noi informații despre soarta plăcilor tectonice antice care au coborât în mantaură de-a lungul a multe miliarde de ani.”
În cele din urmă, Irving a adăugat: „Cred că seismologia este cea mai interesantă atunci când ne ajută să înțelegem structura internă a planetei noastre în spațiu și timp”.
De la autorul traducerii: întotdeauna mi-am dorit să încerc să traduc un articol de știință populară din engleză în rusă, dar nu mă așteptam în măsura în care este complicat. Mult respect pentru cei care traduc regulat și eficient articole despre Habré. Pentru a traduce un text profesional, trebuie nu numai să cunoașteți engleza, ci și să înțelegeți subiectul în sine, studiind surse terțe. Adaugă puțin „gag” pentru a suna mai natural, dar și nu exagera, pentru a nu strica articolul. Multumesc mult pentru lectura :)
Sursa: www.habr.com