Alla skolbarn vet att planeten Jorden är uppdelad i tre (eller fyra) stora lager: skorpan, manteln och kärnan. Detta är generellt sant, även om denna generalisering inte tar hänsyn till flera ytterligare lager som identifierats av forskare, varav ett till exempel är övergångsskiktet i manteln.
I en studie publicerad den 15 februari 2019 använde geofysikern Jessica Irving och masterstudenten Wenbo Wu vid Princeton University, i samarbete med Sidao Ni från Geodetic and Geophysical Institute i Kina, data som erhållits från den kraftiga jordbävningen i Bolivia 1994 för att hitta bergen. och andra topografiska särdrag på ytan av övergångszonen djupt inuti manteln. Detta lager, som ligger 660 kilometer under jorden, skiljer den övre och nedre manteln åt (utan ett formellt namn för detta lager kallade forskarna det helt enkelt "660 kilometers gränsen").
För att "se" så djupt under jorden använde forskare de mest kraftfulla vågorna på planeten, orsakade av starka jordbävningar. "Du behöver en stark, djup jordbävning för att skaka planeten", säger Jessica Irving, biträdande professor i geovetenskap.
Stora jordbävningar är mycket kraftfullare än vanliga - vars energi ökar 30 gånger för varje ytterligare steg upp på Richterskalan. Irving får sina bästa data från jordbävningar med magnituderna 7.0 och högre eftersom de seismiska vågorna som skickas ut av så stora skalv sprider sig i olika riktningar och kan färdas genom kärnan till andra sidan planeten och tillbaka. För denna studie kom nyckeldata från seismiska vågor som registrerades från en jordbävning med magnituden 8.3 – den näst djupaste jordbävningen som någonsin registrerats av geologer – som skakade Bolivia 1994.
"Jordbävningar av den här storleken inträffar inte ofta. Vi är mycket lyckligt lottade att det nu finns många fler seismometrar installerade runt om i världen än för 20 år sedan. Seismologin har också förändrats mycket under de senaste 20 åren, tack vare nya instrument och datorkraft.
Seismologer och dataforskare använder superdatorer, som Princetons superdator Tigerkluster, för att simulera det komplexa beteendet för att sprida seismiska vågor djupt under jorden.
Teknologier är baserade på vågornas grundläggande egenskaper: deras förmåga att reflekteras och brytas. Precis som ljusvågor kan studsa (reflektera) från en spegel eller böja (bryta) när de passerar genom ett prisma, färdas seismiska vågor genom homogena bergarter men reflekteras eller bryts när de möter grova ytor i sin väg.
"Vi vet att nästan alla föremål har en ojämn yta och därför kan sprida ljus", säger Wenbo Wu, studiens huvudförfattare, som nyligen tog en doktorsexamen i geonomi och för närvarande ägnar sig åt ett postdoktoralt stipendium vid California Institute of Technology. "Tack vare detta faktum kan vi "se" dessa objekt - spridande vågor bär information om grovheten hos de ytor som de möter på sin väg. I den här studien tittade vi på spridningsseismiska vågor som färdas djupt inne i jorden för att bestämma "grovheten" hos den 660 kilometer långa gränsen som hittades."
Forskarna blev förvånade över hur "grov" denna gräns är - ännu mer än ytskiktet som vi lever på. "Med andra ord har det här underjordiska lagret en topografi som är mer komplex än Klippiga bergen eller bergssystemet i Appalacherna," sa Wu. Deras statistiska modell kunde inte bestämma de exakta höjderna på dessa underjordiska berg, men det finns en god chans att de är mycket högre än något annat på jordens yta. Forskare märkte också att den 660 kilometer långa gränsen också är ojämnt fördelad. På samma sätt som landskiktet har släta havsytor i vissa delar och massiva berg i andra, har den 660 km långa gränsen också grova zoner och släta skikt på sin yta. Forskarna tittade också på de underjordiska lagren på ett djup av 410 kilometer och på toppen av mittmanteln, men kunde inte hitta liknande grovhet i dessa ytor.
"De fann att den 660 kilometer långa gränsen är lika komplex som ytskiktet", säger seismolog Christina Hauser, biträdande professor vid Tokyo Institute of Technology som inte var inblandad i studien. "Att använda de seismiska vågorna som skapats av kraftfulla jordbävningar för att hitta en höjdskillnad på tre kilometer i en terräng 3 kilometer djup under jord är en ofattbar bedrift... Deras upptäckter innebär att vi i framtiden kommer att kunna använda mer sofistikerade seismiska instrument. att upptäcka tidigare okända, subtila signaler, som kommer att avslöja för oss nya egenskaper hos de inre lagren på vår planet.”
Seismologen Jessica Irving, biträdande professor i geofysik, håller två meteoriter från Princeton University-samlingen som innehåller järn och tros vara en del av planeten jordar.
Foto tagen av Denis Appelwhite.
Vad betyder det här?
Förekomsten av grova ytor längs den 660 kilometer långa gränsen är viktig för att förstå hur vår planet bildas och fungerar. Detta lager delar upp manteln, som utgör cirka 84 procent av vår planets volym, i övre och nedre sektioner. I åratal har geologer diskuterat hur viktig denna gräns är. Speciellt studerade de hur värme transporteras genom manteln – och om uppvärmda stenar rör sig från Gutenbergs gräns (skiktet som skiljer manteln från kärnan på ett djup av 2900 660 kilometer) upp till toppen av manteln, eller om denna rörelse avbryts vid XNUMX-kilometersgränsen. Vissa geokemiska och mineralogiska bevis tyder på att de övre och nedre skikten av manteln har olika kemiska sammansättningar, vilket stöder tanken att de två skikten är termiskt eller fysiskt oblandbara. Andra observationer tyder på att de övre och nedre skikten av manteln inte har någon kemisk skillnad, vilket ger upphov till debatten om den så kallade "välblandade manteln", där båda skikten av manteln deltar i en intilliggande värmeväxlingscykel.
"Vår studie ger nya insikter i denna debatt," sa Wenbo Wu. Data som erhållits från denna studie tyder på att båda sidor kan ha delvis rätt. De jämnare skikten av 660 km-gränsen kan ha bildats på grund av grundlig, vertikal blandning, där de grövre, bergiga zonerna kan ha bildats där blandningen av den övre och nedre manteln inte gick lika smidigt.
Dessutom upptäcktes "grovheten" i lagret vid den hittade gränsen i stor, medelstor och liten skala av forskare, vilket i teorin kan orsakas av termiska anomalier eller kemisk heterogenitet. Men på grund av hur värme transporteras i manteln, förklarar Wu, skulle alla småskaliga termiska anomalier utjämnas inom några miljoner år. Således kan endast kemisk heterogenitet förklara grovheten hos detta lager.
Vad kan orsaka en sådan betydande kemisk heterogenitet? Till exempel uppkomsten av stenar i lager av manteln som tillhörde jordskorpan och flyttade dit under många miljoner år. Forskare har länge diskuterat ödet för plattor på havsbotten som trycks in i manteln av subduktionszoner som kolliderar runt Stilla havet och andra delar av världen. Weibo Wu och Jessica Irving föreslår att rester av dessa plattor nu kan vara över eller under 660-kilometersgränsen.
"Många människor tror att det är ganska svårt att studera planetens interna struktur och dess förändringar under de senaste 4.5 miljarder åren med hjälp av endast seismiska vågdata. "Men detta är långt ifrån sant!" sa Irving. "Denna forskning har gett oss ny information om ödet för forntida tektoniska plattor som sjunkit ner i manteln under många miljarder år."
Slutligen tillade Irving, "Jag tycker att seismologi är mest intressant när det hjälper oss att förstå vår planets inre struktur i rum och tid."
Från författaren till översättningen: Jag har alltid velat försöka mig på att översätta en populärvetenskaplig artikel från engelska till ryska, men jag förväntade mig det inte så långt som det är komplicerat. Stor respekt till dem som regelbundet och effektivt översätter artiklar om Habré. För att översätta en text professionellt behöver du inte bara kunna engelska, utan också förstå själva ämnet genom att studera tredjepartskällor. Lägg till lite "gag" för att få det att låta mer naturligt, men inte heller överdriva det för att inte förstöra artikeln. Tack så mycket för att du läste :)
Källa: will.com