Seismoloģija kļūst aizraujoša, ja tā ļauj labāk izprast mūsu planētas iekšējo struktūru gan telpā, gan laikā.
No skolas mācību grāmatām mēs zinām, ka Zemei ir trīs (vai četri) slāņi: garoza, mantija un kodols, kas dažreiz tiek sadalīts iekšējā un ārējā slānī. Tas nav pilnīgi taisnība, jo tas izslēdz dažus citus slāņus, kurus zinātnieki atšķir mūsu planētas struktūrā. Žurnālā Science publicētajā pētījumā Prinstonas Universitātes (ASV) un Ķīnas Ģeodēzijas un ģeofizikas institūta ģeofiziķi ziņo par kalniem un citu topogrāfiju slānī, kas atrodas 660 kilometru dziļumā un atdala augšējo un apakšējo apvalku.
“Iedvesmojoša varoņdarba atrašana līdz trīs kilometru augstuma izmaiņām uz vairāk nekā 660 kilometru robežas, izmantojot viļņus, kas pārvietojas pa visu zemi un atpakaļ,” ir iedvesmojošs varoņdarbs,”sacīja Japānas Tokijas Tehnoloģiju institūta docenta seismoloģe Kristīna Hausere, kura nebija iesaistīta pētījumā.
Zemes uzbūve. Nelīdzenumi pie robežas slāņa 660 kilometru dziļumā parāda domājamos pazemes kalnus. Kredīts: Kyle McKernan, Prinstonas Universitātes Komunikāciju biroja attēls.
Lai ieskatītos dziļi Zemē, zinātnieki izmanto visspēcīgākos planētas viļņus, ko rada zemestrīces. Dziļas, vardarbīgas zemestrīces var izraisīt visas mantijas kustību, un 7,0 balles zemestrīces izplata trieciena viļņus caur kodolu uz otru planētas pusi un atpakaļ.
Šajā pētījumā zinātnieki pievērsās galvenajiem datiem par viļņiem, kas tika atklāti pēc 8,2 balles stipra zemestrīces - otrā spēcīgākā reģistrētā reize, kas 1994. gadā satricināja Bolīviju.
Lai modelētu viļņu izkliedes sarežģīto izturēšanos Zemes dzīlēs, seismologi izmantoja Prinstonas universitātes Tīģera superdatoru kopu. Modelēšanas tehnoloģija ir atkarīga no viļņu pamatīpašības: to spējas mainīt virzienu un lielību. Gluži tāpat kā gaismas viļņi var tikt atspoguļoti vai refrakcijas laikā, izejot caur prizmu, seismiskie viļņi pārvietojas tieši caur viendabīgām klintīm, bet tiek atspoguļoti vai refraktēti pie mediju robežas. Tādējādi to izkliede nes informāciju par virsmas nelīdzenumiem un dziļajiem slāņiem.
“Mūs ļoti pārsteidza iegūtie rezultāti. 660 kilometru robežai ir spēcīgāka topogrāfija nekā Klinšajiem kalniem vai Apalačiem, un tā ir tikpat sarežģīta kā tā, ko mēs redzam uz virsmas,”raksta pētījuma autori.
Reklāmas video:
Skats, no, noteiktais artikuls, Rocky, liels daudzums, nacionāls, parks, USA. Kredīts: Staņislavs Savins.
Statistiskais modelis neļāva precīzi noteikt zarnās atrasto kalnu augstumu, taču kļuva skaidrs, ka pārkāpumi ir sadalīti nevienmērīgi, tāpat kā zemes garozas virsmai ir gludas okeāna dibena zonas un augsti kalni. Pētnieki arī pārbaudīja slāni 410 kilometru dziļumā, mantijas "pārejas zonas" augšējā daļā, un neatrada šādu topogrāfisku izplatību.
Sasniegtie rezultāti parāda, cik moderni ir seismiskie instrumenti, lai atklātu jaunas un negaidītas zemes slāņu īpašības.
Ko tas nozīmē
Pārkāpumu klātbūtne uz 660 kilometru robežas ir būtiska, lai saprastu, kā veidojās mūsu planēta. Izpētītais slānis mantiju, kas veido apmēram 84 procentus no Zemes tilpuma, sadala tās augšējā un apakšējā daļā. Ģeoloģijas zinātnieki gadiem ilgi ir diskutējuši par to, cik svarīga ir šī robeža. Īpaši viņi pētīja, kā siltums pārvietojas pa mantiju.
Daži ģeoķīmiski un mineraloģiski pierādījumi liecina par ķīmisku atšķirību starp augšējo un apakšējo apvalku, kas apstiprina domu, ka abas sekcijas ne sajaucas ne termiski, ne fiziski. Tomēr atklājumi norāda, ka vienmērīgāki reģioni pie 660 km robežas var būt rūpīgas vertikālas sajaukšanas rezultāts, savukārt kalnaini reģioni var būt izveidojušies tur, kur sajaukšana nenotiek.
Turklāt atklātos pārkāpumus teorētiski var izraisīt termiskas anomālijas vai ķīmiski pārkāpumi. Bet siltuma pārdales dēļ mantijā jebkura maza termiskā anomālija tiks izlīdzināta miljona gadu laikā, atstājot tikai ķīmiskās atšķirības.
Kas gan varēja izraisīt būtiskas atšķirības slāņu ķīmijā? Zinātnieki saka, ka iemesls tam ir iežu nogrimšana, kas agrāk piederēja zemes garozai. Ģeofiziķi jau sen ir diskutējuši par jūras gultnes plākšņu likteni, kas visā pasaulē pakļauti mantijai subdukcijas zonās. Pētnieki spriež, ka šo seno plākšņu paliekas tagad var atrasties tieši virs vai tieši zem 660 kilometru robežas.
“Seismoloģija kļūst aizraujoša, ja tā ļauj mums labāk izprast savas planētas iekšējo struktūru gan telpā, gan laikā,” secina pētījuma autori.