Seismologiasta tulee jännittävää, kun sen avulla pystyt paremmin ymmärtämään planeettamme sisäistä rakennetta sekä tilassa että ajassa.
Koulujen oppikirjoista tiedämme, että maapallolla on kolme (tai neljä) kerrosta: kuori, vaippa ja ydin, joskus jaoteltuna sisä- ja ulkopintaan. Tämä ei ole täysin totta, koska se sulkee pois joitain muita kerroksia, jotka tutkijat erottavat planeettamme rakenteesta. Science-lehdessä julkaistussa tutkimuksessa geofysiikit Princetonin yliopistosta (USA) ja Kiinan geodesian ja geofysiikan instituutista kertovat vuoristoista ja muusta topografiasta kerroksessa, joka sijaitsee 660 kilometriä syvällä ja erottaa ylä- ja alavaipan.
"Enintään kolmen kilometrin korkeuden muutosten löytäminen yli 660 kilometrin rajalta maan ja takaisin kulkevien aaltojen avulla on inspiroiva tehtävä", sanoi seismologi Christina Hauser, Japanin Tokion teknillisen instituutin apulaisprofessori, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
Maan rakenne. Rajakerroksen karheus 660 kilometrin syvyydessä osoittaa oletetut maanalaiset vuoret. Luotto: Kuva: Princetonin yliopiston viestintätoimisto Kyle McKernan.
Tutkiessaan syvää maapalloa tiedemiehet käyttävät planeetan tehokkaimpia aaltoja, joita maanjäristykset ovat synnyttäneet. Syvät, väkivaltaiset maanjäristykset voivat asettaa koko vaipan liikkeelle, ja 7,0: n suuruiset maanjäristykset levittävät iskuaallot ytimen läpi planeetan toiselle puolelle ja takaisin.
Tätä tutkimusta varten tutkijat kääntyivät perustietoihin aalloista, jotka havaittiin 8,2 voimakkuuden maanjäristyksen jälkeen - toiseksi tehokkain ennätys, joka ravisutti Boliviaa vuonna 1994.
Seismologit käyttivät Princetonin yliopiston Tiger-supertietokone klusteria simuloidakseen aaltojen sironnan monimutkaista käyttäytymistä maan syvyyksissä. Simulointitekniikka riippuu aaltojen perusominaisuudesta: niiden kyvystä muuttaa suuntaa ja pomppia. Aivan kuten valon aallot voivat heijastua tai taittua prisman läpi kulkeessa, seismiset aallot kulkevat suoraan homogeenisten kivien läpi, mutta heijastuvat tai taittuvat median rajalla. Siten niiden sironta kuljettaa tietoa pinnan epäsäännöllisyydestä ja syvistä kerroksista.
”Olemme yllättyneitä tuloksista. 660 km: n rajalla on vahvempi topografia kuin Kalliovuorilla tai Appalachilla, ja se on yhtä monimutkainen kuin mitä me näemme pinnalla”, tutkimuksen kirjoittajat kirjoittavat.
Mainosvideo:
Rocky Mountain-näkymä Rocky Mountainin kansallispuistosta USA. Tunnustus: Stanislav Savin.
Tilastollinen malli ei antanut meille mahdollisuutta määrittää tarkasti vuoristojen syvyyksistä löytyvien vuorten korkeutta, mutta kävi selväksi, että epäsäännöllisyydet ovat jakautuneet epätasaisesti, kuten maankuoren pinnalla on merenpohjan sileät alueet ja korkeat vuoret. Tutkijat tutkivat myös kerrosta 410 kilometrin syvyydessä vaipan "siirtymävyöhykkeen" yläosassa, eivätkä löytäneet tällaista topografista leviämistä.
Saavutetut tulokset osoittavat, kuinka edistykselliset seismiset instrumentit ovat olleet löytääkseen uusia ja odottamattomia ominaisuuksia maan kerroksissa.
Mitä tämä tarkoittaa
Epäsäännöllisyydet 660 kilometrin rajalla ovat välttämättömiä, jotta ymmärrämme miten planeettamme muodostui. Tutkittu kerros jakaa vaipan, joka muodostaa noin 84 prosenttia Maan tilavuudesta, sen ylä- ja alaosaan. Geologian tutkijat ovat vuosien ajan keskustelleet tämän rajan tärkeydestä. Erityisesti he tutkivat kuinka lämpö kulkee vaipan läpi.
Jotkut geokemialliset ja mineralogiset todisteet viittaavat kemialliseen eroon ylemmän ja alemman vaipan välillä, mikä tukee ajatusta, että nämä kaksi osaa eivät sekoitu termisesti tai fysikaalisesti. Tiedot osoittavat kuitenkin, että tasaisemmat alueet 660 km: n rajalla voivat olla seurausta huolellisesta pystysuuntaisesta sekoituksesta, kun taas vuoristoisia alueita on ehkä muodostunut, jos sekoittamista ei tapahdu.
Lisäksi havaitut epäsäännöllisyydet voivat teoreettisesti johtua termisen poikkeavuuksista tai kemiallisista epäsäännöllisyyksistä. Mutta vaipan lämmön jakautumisen vuoksi kaikki pienet lämpöanomalia tasoittuvat miljoonan vuoden aikana, jättäen vain kemialliset erot.
Joten mikä olisi voinut aiheuttaa merkittävän eron kerroskemiassa? Tutkijoiden mukaan syynä tähän on maankuoreen kuuluvien kivien uppoaminen. Geofysiikot ovat pitkään keskustelleet merenpohjan levyjen kohtalosta, jotka leikkautuvat vaippaan subduktioalueilla ympäri maailmaa. Tutkijat spekuloivat, että näiden muinaisten levyjen jäännökset voivat olla nyt juuri 660 kilometrin rajan yläpuolella tai alapuolella.
"Seismologiasta tulee jännittävää, kun sen avulla pystymme ymmärtämään paremmin planeettamme sisäistä rakennetta sekä tilassa että ajassa", tutkimuksen kirjoittajat päättelevät.