Како су снажни земљотреси у Боливији открили планине 660 километара испод земље

Сви школарци знају да је планета Земља подељена на три (или четири) велика слоја: кору, омотач и језгро. Ово је генерално тачно, иако ова генерализација не узима у обзир неколико додатних слојева које су идентификовали научници, од којих је један, на пример, прелазни слој унутар плашта.

У студији објављеној 15. фебруара 2019, геофизичарка Џесика Ирвинг и студент мастер студија Венбо Ву са Универзитета Принстон, у сарадњи са Сидао Ни са Геодетског и геофизичког института у Кини, користили су податке добијене од снажног земљотреса у Боливији 1994. да би пронашли планине. и друге топографске карактеристике на површини прелазне зоне дубоко унутар плашта. Овај слој, који се налази 660 километара под земљом, раздваја горњи и доњи омотач (без формалног назива за овај слој, истраживачи су га једноставно назвали „граница од 660 километара“).

Да би "изгледали" тако дубоко под земљом, научници су користили најмоћније таласе на планети, изазване снажним земљотресима. „Потребан вам је снажан, дубок земљотрес да бисте уздрмали планету“, рекла је Џесика Ирвинг, доцент геонаука.

Велики земљотреси су много снажнији од обичних — чија се енергија повећава 30 пута са сваким додатним кораком на Рихтеровој скали. Ирвинг добија своје најбоље податке од земљотреса магнитуде 7.0 и више јер се сеизмички таласи које шаљу тако велики потреси шире у различитим правцима и могу да путују кроз језгро на другу страну планете и назад. За ову студију, кључни подаци су дошли од сеизмичких таласа који су забележени од земљотреса магнитуде 8.3 - другог најдубљег земљотреса икада забележеног од стране геолога - који је потресао Боливију 1994. године.

„Земљотреси ове магнитуде се не дешавају често. Веома смо срећни што је сада инсталирано много више сеизмометара широм света него пре 20 година. Сеизмологија се такође веома променила у последњих 20 година, захваљујући новим инструментима и моћи рачунара.

Сеизмолози и научници података користе суперкомпјутере, као што је Принстонов суперкомпјутер Тигер цлустер, да симулирају сложено понашање расејања сеизмичких таласа дубоко под земљом.

Технологије се заснивају на основним својствима таласа: њиховој способности да се рефлектују и преламају. Баш као што светлосни таласи могу да се одбијају (рефлектују) од огледала или се савијају (преламају) када пролазе кроз призму, сеизмички таласи путују кроз хомогене стене, али се одбијају или преламају када наиђу на грубе површине на свом путу.

„Знамо да скоро сви објекти имају неравне површине и стога могу да распршују светлост“, рекао је Венбо Ву, водећи аутор студије, који је недавно докторирао геономију и тренутно је на постдокторском студију на Калифорнијском институту за технологију. „Захваљујући овој чињеници, можемо да „видимо“ ове објекте – таласи распршивања носе информације о храпавости површина на које наилазе на свом путу. У овој студији смо посматрали распршивање сеизмичких таласа који путују дубоко унутар Земље да бисмо утврдили „храпавост“ пронађене границе од 660 километара."

Истраживачи су били изненађени колико је ова граница „груба” – чак и више од површинског слоја на коме живимо. „Другим речима, овај подземни слој има сложенију топографију од Стеновитих планина или планинског система Апалачија“, рекао је Ву. Њихов статистички модел није могао да одреди тачне висине ових подземних планина, али постоји велика шанса да су много више од било чега на површини Земље. Научници су такође приметили да је граница од 660 километара такође неравномерно распоређена. На исти начин на који копнени слој има глатке површине океана у неким деловима и масивне планине у другим, граница од 660 км такође има грубе зоне и глатке слојеве на својој површини. Истраживачи су такође посматрали подземне слојеве на дубини од 410 километара и на врху средњег омотача, али нису успели да пронађу сличну храпавост на овим површинама.

„Открили су да је граница од 660 километара сложена као и површински слој“, рекла је сеизмолог Кристина Хаузер, доцент на Технолошком институту у Токију која није била укључена у студију. „Коришћење сеизмичких таласа створених снажним земљотресима за проналажење разлике од 3 километра у висини терена 660 километара дубоко под земљом је незамислив подвиг... Њихова открића значе да ћемо у будућности, користећи софистицираније сеизмичке инструменте, бити у стању да открије раније непознате, суптилне сигнале, који ће нам открити нова својства унутрашњих слојева наше планете.

Сеизмолог Џесика Ирвинг, доцент геофизике, држи два метеорита из колекције Универзитета Принстон који садрже гвожђе и за које се верује да су део планете Земље.
Фотографију је направио Денис Аппелвхите.

Шта то значи?

Постојање грубих површина дуж границе од 660 километара важно је за разумевање како се наша планета формира и функционише. Овај слој дели плашт, који чини око 84 одсто запремине наше планете, на горњи и доњи део. Годинама су геолози расправљали о томе колико је ова граница важна. Конкретно, проучавали су како се топлота преноси кроз омотач - и да ли се загрејане стене крећу од Гутенбергове границе (слоја који одваја омотач од језгра на дубини од 2900 километара) до врха омотача, или да ли се ово кретање је прекинут на граници од 660 километара. Неки геохемијски и минералошки докази сугеришу да горњи и доњи слој омотача имају различите хемијске саставе, подржавајући идеју да су два слоја термички или физички немешовита. Друга запажања сугеришу да горњи и доњи слој омотача немају хемијску разлику, што доводи до расправе о такозваном „добро измешаном плашту“, где оба слоја плашта учествују у суседном циклусу размене топлоте.

„Наша студија пружа нове увиде у ову дебату“, рекао је Венбо Ву. Подаци добијени из ове студије сугеришу да су обе стране можда делимично у праву. Глаткији слојеви границе од 660 км су можда настали услед темељног, вертикалног мешања, где су се можда формирале грубље, планинске зоне где мешање горњег и доњег омотача није текло тако глатко.

Поред тога, научници истраживачи су открили „храпавост” слоја на пронађеној граници на великим, средњим и малим скалама, што би у теорији могло бити узроковано термалним аномалијама или хемијском хетерогеношћу. Али због начина на који се топлота преноси у омотачу, објашњава Ву, свака мала топлотна аномалија би била изглађена у року од неколико милиона година. Дакле, само хемијска хетерогеност може објаснити храпавост овог слоја.

Шта би могло изазвати тако значајну хемијску хетерогеност? На пример, појава стена у слојевима омотача који су припадали земљиној кори и кретали се тамо током много милиона година. Научници су дуго расправљали о судбини плоча на морском дну које су гурнуте у плашт зонама субдукције које се сударају око Тихог океана и других делова света. Веибо Ву и Џесика Ирвинг сугеришу да би остаци ових плоча сада могли бити изнад или испод границе од 660 километара.

„Многи људи верују да је прилично тешко проучавати унутрашњу структуру планете и њене промене у последњих 4.5 милијарди година користећи само податке о сеизмичким таласима. „Али ово је далеко од истине!“ рекао је Ирвинг. „Ово истраживање нам је дало нове информације о судбини древних тектонских плоча које су се спуштале у плашт током много милијарди година.“

На крају, Ирвинг је додао: „Мислим да је сеизмологија најинтересантнија када нам помаже да разумемо унутрашњу структуру наше планете у простору и времену.

Од аутора превода: Увек сам желео да се окушам у превођењу научнопопуларног чланка са енглеског на руски, али нисам очекивао колико год компликовано је. Велико поштовање за оне који редовно и ефикасно преводе чланке на Хабреу. Да бисте професионално превели текст, не морате само да знате енглески, већ и да разумете саму тему проучавањем извора трећих страна. Додајте мало "гаг" да би звучало природније, али и не претерујте, како не бисте покварили чланак. Хвала пуно на читању :)

Извор: ввв.хабр.цом