Tất cả học sinh đều biết rằng hành tinh Trái đất được chia thành ba (hoặc bốn) lớp lớn: lớp vỏ, lớp manti và lõi. Điều này nói chung là đúng, mặc dù sự khái quát hóa này không tính đến một số lớp bổ sung được các nhà khoa học xác định, ví dụ, một trong số đó là lớp chuyển tiếp bên trong lớp phủ.
Trong một nghiên cứu được công bố ngày 15 tháng 2019 năm 1994, nhà địa vật lý Jessica Irving và sinh viên thạc sĩ Wenbo Wu của Đại học Princeton, phối hợp với Sidao Ni của Viện Địa vật lý và Địa vật lý ở Trung Quốc, đã sử dụng dữ liệu thu được từ trận động đất mạnh năm 660 ở Bolivia để tìm ra những ngọn núi. và các đặc điểm địa hình khác trên bề mặt của vùng chuyển tiếp sâu bên trong lớp phủ. Lớp này nằm ở độ sâu 660 km dưới lòng đất, ngăn cách lớp phủ trên và lớp dưới (không có tên chính thức cho lớp này, các nhà nghiên cứu gọi đơn giản là “ranh giới XNUMX km”).
Để “nhìn” sâu xuống lòng đất, các nhà khoa học đã sử dụng những làn sóng mạnh nhất hành tinh do động đất mạnh gây ra. Jessica Irving, trợ lý giáo sư khoa học địa chất cho biết: “Bạn cần một trận động đất mạnh và sâu để làm rung chuyển hành tinh”.
Những trận động đất lớn mạnh hơn nhiều so với những trận động đất thông thường—năng lượng của chúng tăng gấp 30 lần với mỗi cấp độ Richter tăng thêm. Irving có được dữ liệu tốt nhất từ các trận động đất có cường độ từ 7.0 trở lên vì sóng địa chấn do những trận động đất lớn như vậy phát ra lan truyền theo các hướng khác nhau và có thể truyền qua lõi đến phía bên kia hành tinh và quay trở lại. Đối với nghiên cứu này, dữ liệu quan trọng đến từ các sóng địa chấn được ghi lại từ trận động đất mạnh 8.3 độ richter – trận động đất sâu thứ hai từng được các nhà địa chất ghi lại – làm rung chuyển Bolivia vào năm 1994.
“Những trận động đất có cường độ như thế này không xảy ra thường xuyên. Chúng tôi rất may mắn vì hiện nay trên thế giới có nhiều máy đo địa chấn được lắp đặt hơn 20 năm trước. Địa chấn học cũng đã thay đổi rất nhiều trong 20 năm qua nhờ các thiết bị mới và sức mạnh máy tính.
Các nhà địa chấn học và nhà khoa học dữ liệu sử dụng siêu máy tính, chẳng hạn như siêu máy tính cụm Tiger của Princeton, để mô phỏng hành vi phức tạp của việc phân tán sóng địa chấn sâu dưới lòng đất.
Công nghệ dựa trên các tính chất cơ bản của sóng: khả năng phản xạ và khúc xạ của chúng. Giống như sóng ánh sáng có thể dội lại (phản xạ) khỏi gương hoặc uốn cong (khúc xạ) khi chúng đi qua lăng kính, sóng địa chấn truyền qua các tảng đá đồng nhất nhưng bị phản xạ hoặc khúc xạ khi chúng gặp các bề mặt gồ ghề trên đường đi của chúng.
Wenbo Wu, tác giả chính của nghiên cứu, người vừa lấy bằng tiến sĩ địa chất và hiện đang theo đuổi nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Công nghệ California, cho biết: “Chúng tôi biết rằng hầu hết tất cả các vật thể đều có bề mặt không bằng phẳng và do đó có thể tán xạ ánh sáng”. “Nhờ thực tế này, chúng ta có thể “nhìn thấy” những vật thể này - sóng tán xạ mang thông tin về độ nhám của bề mặt mà chúng gặp trên đường đi của chúng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xem xét các sóng địa chấn rải rác di chuyển sâu bên trong Trái đất để xác định “độ gồ ghề” của ranh giới dài 660 km được tìm thấy.”
Các nhà nghiên cứu rất ngạc nhiên bởi ranh giới này “gồ ghề” đến mức nào – thậm chí còn “gồ ghề” hơn cả lớp bề mặt nơi chúng ta đang sống. “Nói cách khác, tầng ngầm này có địa hình phức tạp hơn dãy núi Rocky hay hệ thống núi Appalachian,” Wu nói. Mô hình thống kê của họ không thể xác định độ cao chính xác của những ngọn núi dưới lòng đất này, nhưng rất có thể chúng cao hơn nhiều so với bất kỳ thứ gì trên bề mặt Trái đất. Các nhà khoa học cũng nhận thấy đường biên giới dài 660 km cũng phân bố không đều. Tương tự như lớp đất liền có bề mặt đại dương nhẵn ở một số nơi và những ngọn núi đồ sộ ở những nơi khác, ranh giới 660 km cũng có các vùng gồ ghề và địa tầng nhẵn trên bề mặt của nó. Các nhà nghiên cứu cũng xem xét các lớp dưới lòng đất ở độ sâu 410 km và ở phần trên của lớp phủ giữa, nhưng không thể tìm thấy độ nhám tương tự trên các bề mặt này.
Nhà địa chấn học Christina Hauser, trợ lý giáo sư tại Viện Công nghệ Tokyo, người không tham gia nghiên cứu, cho biết: “Họ phát hiện ra rằng ranh giới dài 660 km cũng phức tạp như lớp bề mặt”. “Sử dụng sóng địa chấn được tạo ra bởi các trận động đất mạnh để tìm ra sự khác biệt 3 km về độ cao của địa hình ở độ sâu 660 km dưới lòng đất là một kỳ công không thể tưởng tượng được... Khám phá của họ có nghĩa là trong tương lai, bằng cách sử dụng các thiết bị địa chấn phức tạp hơn, chúng ta sẽ có thể để phát hiện những tín hiệu tinh vi, chưa từng được biết đến trước đây, những tín hiệu này sẽ tiết lộ cho chúng ta những đặc tính mới của các lớp bên trong hành tinh chúng ta.”
Nhà địa chấn học Jessica Irving, trợ lý giáo sư địa vật lý, nắm giữ hai thiên thạch từ bộ sưu tập của Đại học Princeton có chứa sắt và được cho là một phần của hành tinh trái đất.
Ảnh được chụp bởi Denis Appelwhite.
Điều đó có nghĩa là gì?
Sự tồn tại của các bề mặt gồ ghề dọc theo ranh giới dài 660 km rất quan trọng để hiểu hành tinh của chúng ta hình thành và hoạt động như thế nào. Lớp này chia lớp phủ, chiếm khoảng 84% thể tích của hành tinh chúng ta, thành phần trên và phần dưới. Trong nhiều năm, các nhà địa chất đã tranh luận về tầm quan trọng của ranh giới này. Đặc biệt, họ đã nghiên cứu cách nhiệt được truyền qua lớp phủ - và liệu những tảng đá bị nung nóng có di chuyển từ ranh giới Gutenberg (lớp ngăn cách lớp phủ với lõi ở độ sâu 2900 km) lên đến đỉnh của lớp phủ hay không, hay liệu chuyển động này có di chuyển không? bị gián đoạn ở ranh giới 660 km. Một số bằng chứng địa hóa và khoáng vật học cho thấy các lớp trên và dưới của lớp phủ có thành phần hóa học khác nhau, ủng hộ ý kiến cho rằng hai lớp này không thể trộn lẫn về mặt nhiệt hoặc vật lý. Các quan sát khác cho thấy lớp trên và lớp dưới của lớp phủ không có sự khác biệt về mặt hóa học, dẫn đến cuộc tranh luận về cái gọi là “lớp phủ trộn đều”, trong đó cả hai lớp lớp phủ đều tham gia vào một chu trình trao đổi nhiệt liền kề.
Wenbo Wu cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp những hiểu biết mới về cuộc tranh luận này”. Dữ liệu thu được từ nghiên cứu này cho thấy cả hai bên có thể đúng một phần. Các địa tầng mịn hơn ở ranh giới 660 km có thể đã được hình thành do sự trộn lẫn theo chiều dọc, kỹ lưỡng, trong đó các vùng miền núi gồ ghề hơn có thể đã hình thành ở đó sự trộn lẫn của lớp phủ trên và lớp phủ dưới không diễn ra suôn sẻ.
Ngoài ra, độ "gồ ghề" của lớp tại ranh giới tìm thấy đã được các nhà khoa học nghiên cứu phát hiện ở quy mô lớn, trung bình và nhỏ, theo lý thuyết có thể là do dị thường nhiệt hoặc tính không đồng nhất hóa học gây ra. Nhưng do cách nhiệt được vận chuyển trong lớp phủ, Wu giải thích, bất kỳ dị thường nhiệt quy mô nhỏ nào cũng sẽ được giải quyết trong vòng vài triệu năm. Như vậy, chỉ có sự không đồng nhất về mặt hóa học mới có thể giải thích được độ nhám của lớp này.
Điều gì có thể gây ra sự không đồng nhất hóa học đáng kể như vậy? Ví dụ, sự xuất hiện của đá trong các lớp manti thuộc lớp vỏ trái đất và di chuyển đến đó trong nhiều triệu năm. Các nhà khoa học từ lâu đã tranh luận về số phận của các mảng kiến tạo dưới đáy biển bị đẩy vào lớp phủ bởi các đới hút chìm va chạm quanh Thái Bình Dương và các khu vực khác trên thế giới. Wei Wei Wu và Jessica Irving cho rằng tàn tích của những mảng này hiện có thể ở trên hoặc dưới ranh giới 660 km.
“Nhiều người tin rằng việc nghiên cứu cấu trúc bên trong của hành tinh và những thay đổi của nó trong 4.5 tỷ năm qua chỉ sử dụng dữ liệu sóng địa chấn là khá khó khăn. Irving nói: "Nhưng điều này không hề đúng. Nghiên cứu này đã cung cấp cho chúng tôi thông tin mới về số phận của các mảng kiến tạo cổ xưa đã đi vào lớp phủ trong nhiều tỷ năm."
Cuối cùng, Irving nói thêm: “Tôi nghĩ địa chấn học thú vị nhất khi nó giúp chúng ta hiểu được cấu trúc bên trong của hành tinh chúng ta trong không gian và thời gian”.
Từ tác giả dịch: Tôi luôn muốn thử sức mình dịch một bài báo khoa học phổ thông từ tiếng Anh sang tiếng Nga, nhưng tôi không ngờ tới xa như Nó phức tạp lắm. Rất trân trọng những người dịch bài thường xuyên và hiệu quả trên Habré. Để dịch một văn bản một cách chuyên nghiệp, bạn không chỉ cần biết tiếng Anh mà còn phải hiểu chính chủ đề đó bằng cách nghiên cứu các nguồn của bên thứ ba. Thêm một chút “ngớ ngẩn” để nghe tự nhiên hơn nhưng cũng không quá lạm dụng để không làm hỏng bài viết. Cảm ơn rất nhiều vì đã đọc :)
Nguồn: www.habr.com