В изследване, публикувано тази седмица в Science, геофизиците от Принстън Джесика Ървинг и Уенбо Ву, в сътрудничество със Сидао Ни от Института по геодезия и геофизика в Китай, използваха данни от огромно земетресение в Боливия, за да намерят планини и друга топография на слой, разположен 660 километра (410 мили) право надолу, което разделя горната и долната мантия. (Липсвайки официално име за този слой, изследователите просто го наричат ​​”границата от 660 км.”)

За да надникнат дълбоко в Земята, учените използват най-мощните вълни на планетата, които се генерират от масивни земетресения. „Искате голямо, дълбоко земетресение, за да се разклати цялата планета“, каза Ървинг, асистент по геонауки.

Големите земетресения са значително по-мощни от малките – енергията се увеличава 30 пъти с всяка стъпка нагоре по скалата на Рихтер – и дълбоките земетресения, “вместо да разпръснат енергията си в кората, могат да раздвижат цялата мантия”, каза Ървинг . Тя получава най-добрите си данни от земетресения с магнитуд 7,0 или по-висока, каза тя, тъй като ударните вълни, които изпращат във всички посоки, могат да пътуват през ядрото до другата страна на планетата – и обратно. За това проучване ключовите данни идват от вълни, уловени след земетресение с магнитуд 8,2 по Рихтер – второто по големина дълбоко земетресение, регистрирано някога – което разтърси Боливия през 1994 г.

„Толкова големи земетресения не се случват много често. Имаме късмет сега, че имаме толкова повече сеизмометри, отколкото преди 20 години. Сейзмологията е различна област, отколкото преди 20 години, между инструментите и изчислителните ресурси.”

Сеизмолозите и изследователите на данни използват мощни компютри, включително суперкомпютърния клъстер на Принстън, за да симулират сложното поведение на разсейващите вълни в дълбоката Земя.

Технологията зависи от основно свойство на вълните: способността им да се огъват и отскачат. Точно както светлинните вълни могат да отскачат (отразяват) от огледалото или да се огъват (пречупват) при преминаване през призма, земетресените вълни пътуват направо през хомогенни скали, но отразяват или пречупват, когато срещнат някаква граница или грапавост.

„Знаем, че почти всички обекти имат грапавост на повърхността и следователно разпръскват светлина“, казва Ву, водещият автор на новия документ, който току-що завърши докторска степен по геонауки. и докторант в Калифорнийския технологичен институт. “Ето защо можем да видим тези обекти – разсейващите вълни носят информацията за грапавостта на повърхността. В това проучване изследвахме разпръснати сеизмични вълни, пътуващи вътре в Земята, за да ограничим грапавостта на границата на Земята от 660 км.”

Изследователите бяха изненадани колко груба е тази граница – по-груба от повърхностния слой, на който всички живеем. “С други думи, по-силна топография от Скалистите планини или Апалачите присъства на 660-километровата граница”, каза Ву. Техният статистически модел не позволява точно определяне на височината, но има шанс тези планини да са по-големи от всичко на повърхността на Земята. Грапавостта също не беше равномерно разпределена; точно както повърхността на кората има гладки океански дъна и масивни планини, границата от 660 км има груби области и гладки петна. Изследователите са изследвали и слой 410 километра (255 мили) надолу, в горната част на „преходната зона“ на средата на мантията, и не са открили подобна грапавост.

„Те откриват, че дълбоките слоеве на Земята са също толкова сложни, колкото това, което наблюдаваме на повърхността“, казва сеизмологът Кристин Хаузър, асистент в Токийския технологичен институт, който не е участвал в това изследване. „Да се ​​открият промени на котата на 2 мили (1-3 км) на граница, която е над 400 мили (660 км) дълбоко, като се използват вълни, които пътуват през цялата Земя и обратно, е вдъхновяващ подвиг … Техните открития показват, че тъй като се случват земетресения и сеизмичните инструменти стават по-сложни и се разширяват в нови области, ние ще продължим да откриваме нови малки мащабни сигнали, които разкриват нови свойства на земните слоеве. “

Наличието на грапавост на границата от 660 км има значително значение за разбирането как нашата планета се е формирала и продължава да функционира. Този слой разделя мантията, която представлява около 84 процента от обема на Земята, на горната и долната част. Години наред геолозите спорят колко важна е тази граница. По-специално, те са изследвали как топлината преминава през мантията – дали горещите скали се пренасят гладко от границата на ядрото с мантията (почти 2000 мили надолу) чак до върха на мантията, или този пренос е прекъснат при този слой. Някои геохимични и минералогични доказателства предполагат, че горната и долната мантия са химически различни, което подкрепя идеята, че двете секции не се смесват термично или физически. Други наблюдения показват, че няма химическа разлика между горната и долната мантия, което кара някои да се аргументират за това, което се нарича “добре смесена мантия”, като горната и долната мантия участват в един и същ цикъл на пренос на топлина.

В допълнение, грапавостта, открита от изследователите, която съществува в голям, умерен и малък мащаб, теоретично може да бъде причинена от топлинни аномалии или химични хетерогенности. Но поради начина на транспортиране на топлината в мантията, обясни Ву, всяка малка мащабна топлинна аномалия ще бъде изгладена в рамките на един милион години. Това оставя само химически различия, за да обясни откритата от тях малка грапавост.

“Лесно е да се предположи, тъй като можем да открием сеизмични вълни, пътуващи през Земята в сегашното й състояние, че сеизмолозите не могат да помогнат да се разбере как се е променила вътрешността на Земята през последните 4,5 милиарда години”, каза Ървинг. “Вълнуващото при тези резултати е, че те ни дават нова информация, за да разберем съдбата на древните тектонски плочи, които са се спуснали в мантията и където древният материал на мантията все още може да се намира.”

Източник: sciencedaily