Obrovské zemětřesení v Bolívii odhaluje hory 660 kilometrů pod nohama

Většina školáků se učí, že Země má tři (nebo čtyři) vrstvy: plášť, plášť a jádro, které jsou rozděleny, někdy na vnitřní a vnější jádro. To není špatné, ale vynechává další vrstvy, které vědci popsali na Zemi.

Ve studii zveřejněné tento týden. VědaPrincetonští geofyzici Jessica Irving a Wenbo Wu ve spolupráci se Sidao Ni z Geodetického a geofyzikálního institutu v Číně použili údaje z masivního zemětřesení v Bolívii k lokalizaci hor a další topografie ve vrstvě vzdálené 660 kilometrů. dolů. oddělující horní a spodní plášť. (Protože pro tuto vrstvu neexistuje žádný oficiální název, vědci ji jednoduše nazývají „660 km hranice.“)

Vědci používají nejsilnější vlny na planetě vytvořené velkými zemětřeseními, aby se podívali hluboko do Země. „Chcete velké, hluboké zemětřesení, které otřese celou planetou,“ řekl Irving, odborný asistent věd o Zemi.

„Velká zemětřesení jsou mnohem silnější než malá zemětřesení: každý krok Richterovy stupnice zvyšuje energii třicetkrát a hluboká zemětřesení“ mohou udržet celý plášť v chodu místo toho, aby plýtval energiemi v zemské kůře. Vyslané rázové vlny mohou cestovat z jádra na druhou stranu planety a naopak. Základní údaje pro tuto studii pocházely z vln shromážděných po zemětřesení o síle 8,2, které zasáhlo Bolívii v roce 1994, což je druhé největší zemětřesení, jaké kdy bylo zaznamenáno.

„Tak velká zemětřesení se nevyskytují příliš často,“ řekl. “Nyní máme štěstí, že máme více seismometrů než před 20 lety.” Seismologie je jiná oblast mezi nástroji a výpočetními zdroji, než tomu bylo před 20 lety.

Seismologové a datoví vědci používají k simulaci komplexního chování rozptýlených vln v hluboké Zemi výkonné počítače, včetně superpočítačů skupiny Tiger ze skupiny Princeton.

Technologie závisí na základní vlastnosti vln: jejich schopnosti ohýbat se a skákat. Stejně jako se světelné vlny odrážejí (odrážejí) nebo se ohýbají (lámou) od zrcadla, když procházejí hranolem, seizmické vlny procházejí přímo homogenními horninami, ale odrážejí se nebo se lámou, když narazí na hranici. nebo drsnost.

„Víme, že téměř všechny objekty mají na svém povrchu drsnost, a proto rozptylují světlo,“ uvedl Wu, hlavní autor nového článku, který právě dokončil doktorát z věd o Zemi. a v současné době postdoktorský výzkumník na Kalifornském technologickém institutu. “Proto můžeme vidět tyto objekty: rozptýlené vlny nesou informace o drsnosti povrchu.” V této studii jsme zkoumali rozptýlené seismické vlny, které procházejí Zemí, aby omezily drsnost hranice Země 660 km. “ .

Vědci byli překvapeni, jak tvrdá je tato hranice: Je drsnější než povrchová vrstva, ve které všichni žijeme. „Jinými slovy, na hranici 660 km je silnější topografie než Skalnaté hory nebo Appalachie,“ uvedl Wu. Jejich statistické modelování neumožňovalo přesné stanovení nadmořské výšky, ale existuje možnost, že tyto hory jsou na zemském povrchu větší než ostatní. Drsnost také nebyla rovnoměrně rozdělena; Stejně jako povrch kůry má hladké oceánské dno a obrovské hory, hranice 660 km má drsné oblasti a ploché skvrny. Vědci také studovali vrstvu 410 kilometrů nad přechodovou zónou středního pláště a nenašli podobnou drsnost.

„Vidí, že hluboké vrstvy Země jsou stejně složité jako to, co pozorujeme na povrchu,“ uvedla seismologička Christine Houser, odborná asistentka z Tokijského technologického institutu, která se tohoto výzkumu nezúčastnila. “Na hranici hlubší než 660 km je inspiračním počinem najít změny nadmořské výšky 2 mil (1 až 3 km) pomocí vln, které se protínají a vracejí ze Země … Jejich nálezy ukazují, že dochází k zemětřesení a seismická vozidla se stávají sofistikovanějšími.” a expanduje do nových oblastí. Budeme i nadále detekovat nové signály, které v malém měřítku odhalí nové vlastnosti zemských vrstev. “

Co to znamená

Přítomnost drsnosti na hranici 660 km má důležité důsledky pro pochopení toho, jak se naše planeta formovala a nadále funguje. Tato vrstva rozděluje plášť na jeho horní a dolní část, které tvoří asi 84 procent objemu Země. Geologové už roky debatují o tom, jak důležitá je tato hranice. Konkrétně zkoumali, jak teplo prochází pláštěm: pokud jsou horké horniny správně transportovány z okraje hlavního pláště (asi 2000 mil dolů) na vrchol pláště, nebo je tento přenos v této vrstvě přerušen. Některé geochemické a mineralogické důkazy naznačují, že horní a dolní plášť jsou chemicky odlišné. Podporuje myšlenku, že se obě části nemísí tepelně ani fyzicky. Další pozorování naznačují, že neexistuje žádný chemický rozdíl mezi horním a spodním pláštěm, což vede k argumentům ve prospěch toho, co se nazývá „dobře promíchaný plášť“, přičemž horní a dolní plášť se účastní stejného cyklu přenosu. Horký.

“Naše zjištění poskytují vhled do této otázky,” řekl Wu. Jejich data ukazují, že obě skupiny mohou být částečně správné. Měkčí oblasti hranice 660 km mohly být výsledkem úplnějšího vertikálního prolínání, zatímco strmější horské oblasti se mohly vytvořit tam, kde se horní a dolní plášť nemísily.

Drsnost zjištěná výzkumnými pracovníky, která existuje ve velkém, středním a malém měřítku, by navíc teoreticky mohla být způsobena teplotními abnormalitami nebo chemickými heterogenitami. Wu vysvětlil, že v důsledku přenosu tepla v plášti malé tepelné anomálie zmizí během milionu let. To ponechává pouze chemické rozdíly, které vysvětlují malou drsnost, kterou najdou.

Co by mohlo způsobit významné chemické rozdíly? Vstup do skal, které dříve patřily kůře, nyní tiše stál v plášti. Vědci již dlouho diskutují o osudu desek mořského dna tlačených do pláště v ponořených oblastech, kolizích podél Tichého oceánu a dalších částí světa. Wu a Irving naznačují, že zbytky těchto desek mohou být nyní těsně nad nebo těsně pod hranicí 660 km.

„Vzhledem k tomu, že můžeme detekovat pouze seismické vlny pohybující se po Zemi v současné podobě, je snadné předpokládat, že seismologové nemohou pochopit, jak se změnil vnitřek Země za posledních 4,5 miliardy let.“ Řekl Irving. „Na těchto výsledcích je vzrušující, že nám poskytují nové informace, abychom porozuměli osudu starodávných tektonických desek sestupujících do pláště a kde lze stále najít starý materiál pláště.“

„Seismologie je vzrušující, když nám umožňuje lépe porozumět nitru naší planety, jak v prostoru, tak v čase.“