Všetci školáci vedia, že planéta Zem je rozdelená na tri (alebo štyri) veľké vrstvy: kôru, plášť a jadro. Vo všeobecnosti to platí, hoci toto zovšeobecnenie neberie do úvahy niekoľko dodatočných vrstiev identifikovaných vedcami, z ktorých jedna je napríklad prechodná vrstva v plášti.
V štúdii zverejnenej 15. februára 2019 geofyzička Jessica Irving a magisterský študent Wenbo Wu z Princetonskej univerzity v spolupráci so Sidao Ni z Geodetického a geofyzikálneho inštitútu v Číne použili na nájdenie hôr údaje získané zo silného zemetrasenia v Bolívii v roku 1994. a ďalšie topografické prvky na povrchu prechodovej zóny hlboko v plášti. Táto vrstva, ktorá sa nachádza 660 kilometrov pod zemou, oddeľuje horný a dolný plášť (bez formálneho názvu pre túto vrstvu, vedci to jednoducho nazvali „660-kilometrová hranica“).
Aby sa vedci „pozreli“ tak hlboko pod zem, použili najsilnejšie vlny na planéte spôsobené silnými zemetraseniami. "Potrebujete silné, hlboké zemetrasenie, aby ste otriasli planétou," povedala Jessica Irvingová, odborná asistentka geovied.
Veľké zemetrasenia sú oveľa silnejšie ako obyčajné – ktorých energia sa s každým ďalším krokom na Richterovej stupnici 30-násobne zvyšuje. Irving získava svoje najlepšie údaje zo zemetrasení s magnitúdou 7.0 a vyššou, pretože seizmické vlny vysielané takýmito veľkými otrasmi sa šíria rôznymi smermi a môžu prejsť cez jadro na druhú stranu planéty a späť. Kľúčové údaje pre túto štúdiu pochádzajú zo seizmických vĺn, ktoré boli zaznamenané pri zemetrasení s magnitúdou 8.3 – čo je druhé najhlbšie zemetrasenie, aké kedy geológovia zaznamenali – ktoré otriaslo Bolíviou v roku 1994.
„Takéto zemetrasenia sa nestávajú často. Máme veľké šťastie, že v súčasnosti je na svete nainštalovaných oveľa viac seizmometrov ako pred 20 rokmi. Seizmológia sa za posledných 20 rokov tiež výrazne zmenila vďaka novým prístrojom a počítačovej sile.
Seizmológovia a vedci v oblasti údajov používajú superpočítače, ako je napríklad superpočítač Tiger cluster v Princetone, na simuláciu komplexného správania sa rozptylu seizmických vĺn hlboko pod zemou.
Technológie sú založené na základných vlastnostiach vĺn: ich schopnosti odrážať sa a lámať. Tak ako sa svetelné vlny môžu odraziť (odraziť) od zrkadla alebo ohnúť (lomiť), keď prechádzajú hranolom, seizmické vlny sa pohybujú cez homogénne horniny, ale odrazia sa alebo lámu, keď na svojej ceste narazia na drsné povrchy.
„Vieme, že takmer všetky objekty majú nerovný povrch, a preto môžu rozptyľovať svetlo,“ povedal Wenbo Wu, hlavný autor štúdie, ktorý nedávno získal doktorát z geonómie a v súčasnosti sa venuje postdoktorandskému štipendiu na Kalifornskom technologickom inštitúte. „Vďaka tejto skutočnosti môžeme tieto objekty „vidieť“ – rozptylové vlny nesú informácie o drsnosti povrchov, s ktorými sa stretávajú na svojej ceste. V tejto štúdii sme sa zamerali na rozptyl seizmických vĺn, ktoré sa šíria hlboko vo vnútri Zeme, aby sme určili „drsnosť“ nájdenej 660-kilometrovej hranice.
Výskumníkov prekvapilo, aká „drsná“ je táto hranica – ešte viac ako povrchová vrstva, na ktorej žijeme. "Inými slovami, táto podzemná vrstva má topografiu zložitejšiu ako Skalnaté hory alebo Apalačský horský systém," povedal Wu. Ich štatistický model nedokázal určiť presné výšky týchto podzemných hôr, ale existuje veľká šanca, že sú oveľa vyššie ako čokoľvek na povrchu Zeme. Vedci si tiež všimli, že 660-kilometrová hranica je tiež rozložená nerovnomerne. Rovnakým spôsobom, akým má zemská vrstva v niektorých častiach hladké povrchy oceánov a v iných masívne pohoria, má hranica 660 km na svojom povrchu tiež drsné zóny a hladké vrstvy. Výskumníci sa tiež pozreli na podzemné vrstvy v hĺbke 410 kilometrov a na vrchole stredného plášťa, ale nedokázali nájsť podobnú drsnosť na týchto povrchoch.
"Zistili, že 660-kilometrová hranica je rovnako zložitá ako povrchová vrstva," povedala seizmologička Christina Hauserová, odborná asistentka na Tokijskom technologickom inštitúte, ktorá sa na štúdii nezúčastnila. „Pomocou seizmických vĺn vytvorených silnými zemetraseniami nájsť 3-kilometrový rozdiel v nadmorskej výške terénu 660 kilometrov hlboko pod zemou je nepredstaviteľný výkon... Ich objavy znamenajú, že v budúcnosti pomocou sofistikovanejších seizmických prístrojov budeme schopní odhaliť predtým neznáme, jemné signály, ktoré nám odhalia nové vlastnosti vnútorných vrstiev našej planéty.
Seizmologička Jessica Irving, odborná asistentka geofyziky, drží dva meteority zo zbierky Princetonskej univerzity, ktoré obsahujú železo a sú považované za súčasť planét Zeme.
Fotografiu urobil Denis Appelwhite.
Čo to znamená?
Existencia drsných povrchov pozdĺž 660-kilometrovej hranice je dôležitá pre pochopenie toho, ako sa naša planéta formuje a funguje. Táto vrstva rozdeľuje plášť, ktorý tvorí asi 84 percent objemu našej planéty, na hornú a dolnú časť. Geológovia roky diskutovali o tom, aká dôležitá je táto hranica. Skúmali najmä, ako sa teplo prenáša cez plášť – a či sa vyhrievané horniny pohybujú od hranice Gutenberga (vrstva oddeľujúca plášť od jadra v hĺbke 2900 660 kilometrov) až po vrch plášťa, alebo či sa tento pohyb je prerušená na XNUMX-kilometrovej hranici. Niektoré geochemické a mineralogické dôkazy naznačujú, že horná a spodná vrstva plášťa majú odlišné chemické zloženie, čo podporuje myšlienku, že tieto dve vrstvy sú tepelne alebo fyzikálne nemiešateľné. Iné pozorovania naznačujú, že horná a spodná vrstva plášťa nemajú žiadny chemický rozdiel, čo vedie k diskusii o takzvanom „dobre zmiešanom plášti“, kde sa obe vrstvy plášťa zúčastňujú susedného cyklu výmeny tepla.
"Naša štúdia poskytuje nový pohľad na túto diskusiu," povedal Wenbo Wu. Údaje získané z tejto štúdie naznačujú, že obe strany môžu mať čiastočne pravdu. Hladšie vrstvy 660 km hranice mohli vzniknúť v dôsledku dôkladného vertikálneho premiešania, kde sa mohli vytvoriť drsnejšie horské zóny, kde miešanie horného a spodného plášťa neprebiehalo tak hladko.
Okrem toho vedci z výskumu zistili „drsnosť“ vrstvy na hranici nálezu vo veľkých, stredných a malých mierkach, čo by teoreticky mohli spôsobiť tepelné anomálie alebo chemická heterogenita. Ale kvôli spôsobu, akým sa teplo prenáša v plášti, vysvetľuje Wu, každá malá tepelná anomália by bola vyhladená v priebehu niekoľkých miliónov rokov. Drsnosť tejto vrstvy teda môže vysvetliť iba chemická heterogenita.
Čo by mohlo spôsobiť takú výraznú chemickú heterogenitu? Napríklad objavenie sa hornín vo vrstvách plášťa, ktoré patrili do zemskej kôry a presúvali sa tam počas mnohých miliónov rokov. Vedci už dlho diskutovali o osude dosiek na morskom dne, ktoré sú zatlačené do plášťa subdukčnými zónami, ktoré sa zrážajú okolo Tichého oceánu a iných častí zemegule. Weibo Wu a Jessica Irving naznačujú, že zvyšky týchto dosiek môžu byť teraz nad alebo pod hranicou 660 kilometrov.
„Mnoho ľudí verí, že je dosť ťažké študovať vnútornú štruktúru planéty a jej zmeny za posledných 4.5 miliardy rokov iba pomocou údajov o seizmických vlnách. "Ale to nie je ani zďaleka pravda!" povedal Irving. "Tento výskum nám poskytol nové informácie o osude starých tektonických platní, ktoré zostupovali do plášťa počas mnohých miliárd rokov."
Nakoniec Irving dodal: "Myslím si, že seizmológia je najzaujímavejšia, keď nám pomáha pochopiť vnútornú štruktúru našej planéty v priestore a čase."
Od autora prekladu: Vždy som si chcel vyskúšať preklad populárneho vedeckého článku z angličtiny do ruštiny, ale nečakal som to pokiaľ je to komplikované. Veľká úcta tým, ktorí pravidelne a efektívne prekladajú články o Habré. Na profesionálny preklad textu potrebujete nielen vedieť anglicky, ale aj porozumieť samotnej téme štúdiom zdrojov tretích strán. Pridajte trochu „gagu“, aby to znelo prirodzenejšie, ale tiež to nepreháňajte, aby ste nepokazili článok. Ďakujem pekne za prečítanie :)
Zdroj: hab.com