เด็กนักเรียนทุกคนรู้ดีว่าดาวเคราะห์โลกถูกแบ่งออกเป็นชั้นใหญ่ๆ สาม (หรือสี่) ชั้น ได้แก่ เปลือกโลก เนื้อโลก และแกนกลาง โดยทั่วไปสิ่งนี้เป็นจริง แม้ว่าลักษณะทั่วไปนี้จะไม่ได้คำนึงถึงชั้นเพิ่มเติมหลายชั้นที่ระบุโดยนักวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่น หนึ่งในนั้นคือชั้นการเปลี่ยนแปลงภายในเนื้อโลก
ในการศึกษาที่ตีพิมพ์เมื่อวันที่ 15 กุมภาพันธ์ 2019 เจสซิกา เออร์วิงก์ นักธรณีฟิสิกส์และนักศึกษาปริญญาโท เวินโป อู๋ จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน ร่วมมือกับซิเดา นี จากสถาบันธรณีฟิสิกส์และธรณีฟิสิกส์ในประเทศจีน ใช้ข้อมูลที่ได้รับจากแผ่นดินไหวครั้งใหญ่ในปี 1994 ในโบลิเวียเพื่อค้นหาภูเขา และคุณลักษณะทางภูมิประเทศอื่นๆ บนพื้นผิวของเขตเปลี่ยนผ่านที่อยู่ลึกเข้าไปในเนื้อโลก ชั้นนี้ซึ่งอยู่ใต้ดิน 660 กิโลเมตร แยกเนื้อโลกส่วนบนและส่วนล่างออกจากกัน (โดยไม่มีชื่ออย่างเป็นทางการสำหรับชั้นนี้ นักวิจัยเรียกง่ายๆ ว่า "ขอบเขต 660 กิโลเมตร")
เพื่อที่จะ "มอง" ลึกลงไปใต้ดิน นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้คลื่นที่ทรงพลังที่สุดในโลกซึ่งเกิดจากแผ่นดินไหวรุนแรง เจสซิกา เออร์วิงก์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านธรณีศาสตร์กล่าวว่า "คุณต้องเกิดแผ่นดินไหวรุนแรงและลึกเพื่อเขย่าโลก"
แผ่นดินไหวขนาดใหญ่มีพลังมากกว่าแผ่นดินไหวทั่วไปมาก โดยพลังงานจะเพิ่มขึ้น 30 เท่าเมื่อเพิ่มแต่ละขั้นตามมาตราริกเตอร์ เออร์วิงก์ได้รับข้อมูลที่ดีที่สุดจากแผ่นดินไหวที่มีขนาด 7.0 ขึ้นไป เนื่องจากคลื่นไหวสะเทือนที่เกิดจากแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ดังกล่าวแผ่กระจายไปในทิศทางต่างๆ และสามารถเดินทางผ่านแกนกลางไปยังอีกซีกโลกหนึ่งและย้อนกลับได้ สำหรับการศึกษานี้ ข้อมูลสำคัญมาจากคลื่นแผ่นดินไหวที่บันทึกได้จากแผ่นดินไหวขนาด 8.3 ซึ่งเป็นแผ่นดินไหวที่ลึกที่สุดเป็นอันดับสองที่เคยบันทึกโดยนักธรณีวิทยา ซึ่งเขย่าโบลิเวียในปี 1994
“แผ่นดินไหวขนาดนี้ไม่ได้เกิดขึ้นบ่อยนัก เราโชคดีมากที่ขณะนี้มีการติดตั้งเครื่องวัดแผ่นดินไหวทั่วโลกมากกว่าเมื่อ 20 ปีที่แล้ว วิทยาแผ่นดินไหวมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมากในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา ต้องขอบคุณเครื่องมือใหม่และพลังของคอมพิวเตอร์
นักแผ่นดินไหววิทยาและนักวิทยาศาสตร์ข้อมูลใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เช่น ซูเปอร์คอมพิวเตอร์คลัสเตอร์ Tiger ของพรินซ์ตัน เพื่อจำลองพฤติกรรมที่ซับซ้อนของการกระจายคลื่นแผ่นดินไหวที่อยู่ลึกลงไปใต้ดิน
เทคโนโลยีขึ้นอยู่กับคุณสมบัติพื้นฐานของคลื่น นั่นคือ ความสามารถในการสะท้อนและการหักเหของแสง เช่นเดียวกับที่คลื่นแสงสามารถสะท้อน (สะท้อน) จากกระจกหรือโค้งงอ (หักเห) เมื่อผ่านปริซึม คลื่นแผ่นดินไหวก็เดินทางผ่านหินที่เป็นเนื้อเดียวกัน แต่จะสะท้อนหรือหักเหเมื่อพบกับพื้นผิวขรุขระในเส้นทางของมัน
“เรารู้ว่าวัตถุเกือบทั้งหมดมีพื้นผิวไม่เรียบ จึงสามารถกระจายแสงได้” Wenbo Wu ผู้เขียนหลักของการศึกษา ซึ่งเพิ่งได้รับปริญญาเอกสาขาธรณีวิทยา และกำลังศึกษาต่อหลังปริญญาเอกที่สถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย กล่าว “ด้วยข้อเท็จจริงนี้ เราจึง “มองเห็น” วัตถุเหล่านี้ได้ คลื่นกระเจิงนำข้อมูลเกี่ยวกับความขรุขระของพื้นผิวที่พวกมันพบบนเส้นทางของมัน ในการศึกษานี้ เราศึกษาคลื่นแผ่นดินไหวที่กระจายอยู่ลึกเข้าไปในโลกเพื่อระบุ "ความขรุขระ" ของขอบเขต 660 กิโลเมตรที่พบ
นักวิจัยรู้สึกประหลาดใจกับความ "หยาบ" ของขอบเขตนี้ มากกว่าชั้นผิวที่เราอาศัยอยู่เสียอีก “กล่าวอีกนัยหนึ่ง ชั้นใต้ดินนี้มีภูมิประเทศที่ซับซ้อนกว่าเทือกเขาร็อกกี้หรือระบบภูเขาแอปพาเลเชียน” วูกล่าว แบบจำลองทางสถิติของพวกเขาไม่สามารถระบุความสูงที่แน่นอนของภูเขาใต้ดินเหล่านี้ได้ แต่มีโอกาสที่ดีที่พวกเขาจะสูงกว่าสิ่งใด ๆ บนพื้นผิวโลกมาก นักวิทยาศาสตร์ยังสังเกตเห็นว่าชายแดนยาว 660 กิโลเมตรก็มีการกระจายไม่สม่ำเสมอเช่นกัน เช่นเดียวกับที่ชั้นดินมีพื้นผิวมหาสมุทรเรียบในบางส่วนและมีภูเขาขนาดใหญ่ในบางพื้นที่ ขอบเขตระยะทาง 660 กม. ก็มีโซนที่ขรุขระและชั้นเรียบบนพื้นผิวด้วย นักวิจัยยังได้ศึกษาชั้นใต้ดินที่ความลึก 410 กิโลเมตรและที่ด้านบนของเนื้อโลกตรงกลาง แต่ไม่พบความหยาบที่คล้ายกันในพื้นผิวเหล่านี้
“พวกเขาพบว่าขอบเขต 660 กิโลเมตรนั้นซับซ้อนพอๆ กับชั้นผิว” คริสตินา เฮาเซอร์ นักแผ่นดินไหววิทยา ผู้ช่วยศาสตราจารย์จากสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว ซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาครั้งนี้ กล่าว “การใช้คลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดจากแผ่นดินไหวรุนแรงเพื่อค้นหาระดับความสูงที่แตกต่างกัน 3 กิโลเมตรของภูมิประเทศที่ลึกลงไปใต้ดิน 660 กิโลเมตร ถือเป็นความสำเร็จที่ไม่อาจจินตนาการได้... การค้นพบของพวกเขาหมายความว่าในอนาคต เราจะสามารถใช้เครื่องมือวัดแผ่นดินไหวที่ซับซ้อนกว่านี้ได้ เพื่อตรวจจับสัญญาณที่ละเอียดอ่อนและไม่รู้จักมาก่อน ซึ่งจะเปิดเผยให้เราทราบถึงคุณสมบัติใหม่ของชั้นในของดาวเคราะห์ของเรา”
เจสซิกา เออร์วิงก์ นักแผ่นดินไหววิทยา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านธรณีฟิสิกส์ ถืออุกกาบาต XNUMX ดวงจากคอลเลคชันของมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันซึ่งมีธาตุเหล็กอยู่ และเชื่อกันว่าเป็นส่วนหนึ่งของดาวเคราะห์โลก
ภาพถ่ายโดยเดนิส แอปเพลไวท์
สิ่งนี้หมายความว่า?
การมีอยู่ของพื้นผิวขรุขระตลอดขอบเขต 660 กิโลเมตรเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการทำความเข้าใจว่าดาวเคราะห์ของเราก่อตัวและทำงานอย่างไร ชั้นนี้แบ่งชั้นแมนเทิลซึ่งมีปริมาตรประมาณ 84 เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรโลกของเรา ออกเป็นส่วนบนและส่วนล่าง เป็นเวลาหลายปีที่นักธรณีวิทยาถกเถียงกันว่าขอบเขตนี้มีความสำคัญเพียงใด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาศึกษาว่าความร้อนถูกขนส่งผ่านเนื้อโลกได้อย่างไร และหินที่ได้รับความร้อนเคลื่อนจากขอบเขตกูเทนแบร์กหรือไม่ (ชั้นที่แยกเนื้อโลกออกจากแกนกลางที่ระดับความลึก 2900 กิโลเมตร) ขึ้นไปถึงด้านบนของเนื้อโลก หรือไม่ หรือว่าการเคลื่อนไหวนี้ ถูกกีดขวางที่ขอบเขต 660 กิโลเมตร หลักฐานทางธรณีเคมีและแร่วิทยาบางรายการชี้ให้เห็นว่าชั้นบนและชั้นล่างของเนื้อโลกมีองค์ประกอบทางเคมีที่แตกต่างกัน ซึ่งสนับสนุนแนวคิดที่ว่าสองชั้นนั้นไม่สามารถผสมระหว่างความร้อนหรือทางกายภาพได้ ข้อสังเกตอื่นๆ ชี้ให้เห็นว่าชั้นบนและชั้นล่างของเนื้อโลกไม่มีความแตกต่างทางเคมี ซึ่งก่อให้เกิดการถกเถียงกันเกี่ยวกับสิ่งที่เรียกว่า "เนื้อโลกผสมกัน" โดยที่ทั้งสองชั้นของเนื้อโลกมีส่วนร่วมในวงจรการแลกเปลี่ยนความร้อนที่อยู่ติดกัน
“การศึกษาของเราให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับการอภิปรายนี้” เหวินโป๋ อู่กล่าว ข้อมูลที่ได้จากการศึกษาครั้งนี้ชี้ให้เห็นว่าทั้งสองฝ่ายอาจมีความถูกต้องบางส่วน ชั้นที่ราบเรียบกว่าของขอบเขต 660 กม. อาจก่อตัวขึ้นเนื่องจากการปะปนในแนวตั้งอย่างละเอียด โดยที่บริเวณภูเขาที่ขรุขระกว่าอาจก่อตัวขึ้น โดยที่การผสมระหว่างเนื้อโลกส่วนบนและส่วนล่างไม่ราบรื่นนัก
นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์การวิจัยตรวจพบ "ความหยาบ" ของชั้นที่ขอบเขตที่พบในขนาดใหญ่ กลาง และเล็ก ซึ่งในทางทฤษฎีอาจเกิดจากความผิดปกติของความร้อนหรือความหลากหลายทางเคมี แต่เนื่องจากวิธีการถ่ายเทความร้อนไปยังชั้นเนื้อโลก Wu อธิบายว่า ความผิดปกติของความร้อนเล็กๆ น้อยๆ จะคลี่คลายลงภายในไม่กี่ล้านปี ดังนั้นความแตกต่างทางเคมีเท่านั้นที่สามารถอธิบายความหยาบของชั้นนี้ได้
อะไรทำให้เกิดความแตกต่างทางเคมีที่มีนัยสำคัญเช่นนี้? เช่น การปรากฏของหินในชั้นเนื้อโลกซึ่งเป็นของเปลือกโลกและเคลื่อนตัวไปอยู่ที่นั่นเป็นเวลาหลายล้านปี นักวิทยาศาสตร์ถกเถียงกันมานานแล้วเกี่ยวกับชะตากรรมของแผ่นเปลือกโลกบนพื้นทะเลที่ถูกผลักเข้าสู่ชั้นเปลือกโลกโดยเขตมุดตัวที่ชนกันรอบมหาสมุทรแปซิฟิกและส่วนอื่นๆ ของโลก เวยโป อู๋ และเจสซิกา เออร์วิง แนะนำว่าเศษที่เหลือของแผ่นเปลือกโลกเหล่านี้อาจอยู่เหนือหรือต่ำกว่าขอบเขต 660 กิโลเมตร
“หลายคนเชื่อว่าเป็นเรื่องยากมากที่จะศึกษาโครงสร้างภายในของโลกและการเปลี่ยนแปลงของมันในช่วง 4.5 พันล้านปีที่ผ่านมาโดยใช้ข้อมูลคลื่นแผ่นดินไหวเพียงอย่างเดียว “แต่นี่ยังห่างไกลจากความจริง!” เออร์วิงก์กล่าว “งานวิจัยนี้ได้ให้ข้อมูลใหม่แก่เราเกี่ยวกับชะตากรรมของแผ่นเปลือกโลกโบราณที่ลงมาสู่ชั้นเปลือกโลกในช่วงหลายพันล้านปี”
สุดท้ายนี้ เออร์วิงก์กล่าวเสริมว่า "ผมคิดว่าวิทยาแผ่นดินไหวน่าสนใจที่สุดเมื่อมันช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างภายในของโลกในอวกาศและเวลา"
จากผู้เขียนการแปล: ฉันอยากลองแปลบทความวิทยาศาสตร์ยอดนิยมจากภาษาอังกฤษเป็นภาษารัสเซียมาโดยตลอด แต่ฉันไม่ได้คาดหวัง เท่าที่ มันซับซ้อน. ขอแสดงความนับถืออย่างยิ่งต่อผู้ที่แปลบทความเกี่ยวกับHabréอย่างสม่ำเสมอและมีประสิทธิภาพ ในการแปลข้อความอย่างมืออาชีพ คุณไม่เพียงแต่ต้องรู้ภาษาอังกฤษเท่านั้น แต่ยังต้องเข้าใจหัวข้อนั้นด้วยการศึกษาแหล่งข้อมูลจากบุคคลที่สามด้วย เพิ่ม "ปิดปาก" เล็กน้อยเพื่อให้ฟังดูเป็นธรรมชาติมากขึ้น แต่อย่าหักโหมจนเกินไปเพื่อไม่ให้บทความเสีย ขอบคุณมากสำหรับการอ่าน :)
ที่มา: will.com