A hatalmas 1994-es bolíviai földrengés óriási hegyek létezését tárta fel 660 kilométeres mélységben a felszín alatt

A legtöbb diák azt tanulja az iskolában, hogy a Föld három (vagy négy) réteggel rendelkezik: a kéreggel, köpennyel és a maggal, amelyet n...

A legtöbb diák azt tanulja az iskolában, hogy a Föld három (vagy négy) réteggel rendelkezik: a kéreggel, köpennyel és a maggal, amelyet néha egy belső és külső magra osztanak. Ez nem tévedés, de számos más réteg marad ki, amelyeket a tudósok a Föld belsejében már azonosítottak, beleértve a köpenyen belüli átmeneti zónát is.

A Science folyóiratban februárban megjelent tanulmányban a Princeton geofizikusai, Jessica Irving és Wenbo Wu, a kínai geodéziai és geofizikai intézet munkatársa, Sidao Ni együttműködésével Bolívia hatalmas földrengéséből származó adatokat használták fel a hegyek és más topográfia megtalálására az átmeneti zónában, egy 660 kilométeres mélységben lévő rétegben, amely elválasztja a felső és alsó köpenyt. (Ennek a rétegnek nincs hivatalos neve, a kutatók egyszerűen csak "660 km-es határnak" nevezik.) (1)

Hogy bepillantsanak a Föld legmélyebb részeibe, a tudósok a bolygó legerősebb hullámait használják fel, amelyeket hatalmas földrengések okoznak. "Nagy, mély földrengésre van szükség, amely az egész bolygót megrázza," - mondta Irving, aki földtudományi egyetemi docens.

A nagy földrengések sokkal erősebbek, mint a kicsik - az energiájuk 30-szorosára növekszik a Richter-skála minden fokánál - és a mély földrengések "ahelyett, hogy az energiájukat szétszórnák a kéregben, az egész köpenyt megrázzák," - mondta Irving. A legjobb adatatokat a 7,0-es vagy annál nagyobb földrengésekből kapják, mivel az összes irányba haladó lökéshullámok a magon is áthaladhatnak a bolygó másik oldalára és vissza. Ehhez a tanulmányhoz a legfontosabb adatokat a Bolíviát megrázó 1994-es 8,2-es földrengésből szerezték, amely a valaha rögzített második legnagyobb mély földmozgás volt.

"Az ilyen nagy földrengések nem történnek túl gyakran," - mondta. "Szerencsénk van, hogy ma már sokkal több szeizmométerünk van, mint 20 évvel ezelőtt. A szeizmológia már más terület, mint 20 évvel ezelőtt volt az eszközöket és a számítási erőforrásokat figyelembe véve."

A szeizmológusok és az adatelemző tudósok erős számítógépeket használnak, beleértve a Princeton Tiger szuperszámítógépes rendszerét, hogy szimulálják a szétszórt hullámok bonyolult viselkedését a Föld mélyében.

A technológia a hullámok alapvető tulajdonságaitól függ: képességük az elhajlásra és az ugrásra. Ahogy a fényhullámok visszapattannak a tükörről, vagy elhajlanak, amikor egy prizmán áthaladnak, a földrengéshullámok a homogén sziklákon haladnak át egyenesen, de tükröződnek vagy megtörnek, amikor bármilyen akadállyal vagy egyenetlenségel találkoznak.

"Tudjuk, hogy szinte minden objektumnak van felületi érdessége, és ezért szétszórják a fényt," - mondta Wu, az új tanulmány vezető szerzője. "Ezért láthatjuk ezeket a tárgyakat - a szórási hullámok hordozzák a felszíni érdességgel kapcsolatos információkat. Ebben a tanulmányban a Földön belüli, szétszórt szeizmikus hullámokat vizsgáltuk, hogy meghatározzuk a Föld 660 km-es határának érdességét."

A kutatók meglepődtek azon, hogy mennyire durva ez a határ - keményebb, mint a felszíni réteg, ahol mindannyian élünk. "Más szavakkal, a 660 km-es határon erősebb topográfia van, mint a Sziklás-hegység vagy az Appalache," - mondta Wu.

Statisztikai modelljeik eddig nem tették lehetővé a magasságuk pontos meghatározását, de van esély arra, hogy ezek a hegyek nagyobbak, mint bármelyik a Föld felszínén. A durvaság sem egyenletesen oszlik el; ugyanúgy, ahogy a kéreg felületén sima óceáni fenék és hatalmas hegyek találhatók, a 660 km-es határ durva területekkel és sima foltokkal rendelkezik. A kutatók egy 410 kilométeres réteget is megvizsgáltak a középső köpeny "átmeneti zónájának" tetején, de nem találtak hasonló érdességet.

"Úgy találták, hogy a Föld mély rétegei ugyanolyan bonyolultak, mint amit a felszínen megfigyelhetünk," - mondta Christine Houser, a Tokiói Műszaki Intézet asszisztense, aki nem vett részt ebben a kutatásban.

"Az 1-3 km-es magassági változások megtalálása egy olyan határtávolságon, amely több mint 660 km mélyen található az egész Földön áthaladó és visszaérkező hullámok segítségével, egy inspiráló feladat. Eredményeik arra utalnak, hogy ahogy a földrengéseket érzékelő szeizmikus eszközök egyre kifinomultabbá válnak és új területeket érnek el, újabb, kis léptékű jeleket fogunk felismerni, amelyek feltárják a Föld rétegeinek új tulajdonságait."

Jessica Irving

Mit jelent mindez?

A 660 km-es határnál a durvaság jelenléte jelentős hatással van bolygónk kialakulásának és működésének megértésére. Ez a réteg osztja fel el a köpenyt alsó és felső részre, amely a Föld térfogatának 84%-át teszi ki. A geológusok évek óta vitáznak azon, hogy mennyire fontos ez a határ. Különösen azt vizsgálták, hogy a hő hogyan halad át a köpenyen - hogy a forró sziklák simán átjutnak-e a mag-köpeny határon (majdnem 3200 kilométeres mélységben) egészen a köpeny tetejéig, vagy hogy ez az áthaladás megszakad-e ennél a rétegnél.

Néhány geokémiai és ásványtani bizonyíték arra utal, hogy a felső és alsó köpeny kémiailag eltérő, ami azt a gondolatot támasztja alá, hogy a két réteg nem keveredik össze termikusan vagy fizikailag. Más megfigyelések nem utalnak kémiai különbségre a felső és alsó köpeny között, amely miatt néhányan azzal érvelnek, hogy ez egy úgynevezett "jól összekevert köpeny," és mind a felső, mind az alsó köpeny részt vesz ugyanabban a hőátadó ciklusban.

"Eredményeink rávilágítanak erre a kérdésre," mondta Wu. A kutatók adatai arra utalnak, hogy mindkét csoportnak részben igaza van. A 660 km-es határ egyenletesebb területei az alaposabb vertikális keveredésből adódhatnak, míg durvább, hegyvidéki területek képződhetnek, ahol a felső és alsó köpeny nem keveredik egyenletesen.

(1) - http://science.sciencemag.org/content/363/64
(2) - https://www.princeton.edu/news/2019/02/14/