Seismologi blir spennende når den lar deg forstå den indre strukturen til planeten vår, både i rom og i tid.
Vi vet fra skolens lærebøker at jorden har tre (eller fire) lag: skorpe, mantel og kjerne, noen ganger delt inn i indre og ytre. Dette er ikke helt sant, siden det utelukker noen av de andre lagene som forskere skiller i strukturen til planeten vår. I en studie publisert i tidsskriftet Science rapporterer geofysikere fra Princeton University (USA) og Institute of Geodesy and Geophysics in China fjell og annen topografi på et lag som ligger på en dybde av 660 kilometer og skiller den øvre og nedre mantelen.
- Å finne høydeforandringer på opptil tre kilometer på en grense på mer enn 660 kilometer, ved å bruke bølger som ferdes over jorden og tilbake, er en inspirerende bragd, sier seismolog Christina Hauser, adjunkt ved Tokyo Institute of Technology, Japan, som ikke var involvert i studien.
Jordens struktur. Grovheten ved grenselaget på 660 kilometer dybde viser antatt underjordiske fjell. Kreditt: Bilde av Kyle McKernan, Princeton University Office of Communications.
For å se dypt inn i jorden bruker forskere de kraftigste bølgene på planeten, som er generert av jordskjelv. Dype sterke jordskjelv kan sette hele mantelen i bevegelse, og jordskjelv med en styrke på 7,0 forplanter sjokkbølger gjennom kjernen til den andre siden av planeten og ryggen.
For denne studien henvendte forskere seg til nøkkeldata om bølgene som ble oppdaget etter jordskjelvet med en styrke på 8,2 - det nest kraftigste på rekorden, som rystet Bolivia i 1994.
For å simulere den komplekse oppførselen til bølgespredning i dypet av jorden, brukte seismologer Princeton Universitys Super-datamaskinklynge. Simuleringsteknologien avhenger av en grunnleggende egenskap til bølger: deres evne til å endre retning og sprette. Akkurat som lysbølger kan reflekteres eller brytes når de passerer gjennom et prisme, reiser seismiske bølger direkte gjennom homogene bergarter, men reflekteres eller brytes på grensen til media. Dermed bærer spredningen deres informasjon om overflateuregelmessigheter og dype lag.
”Vi ble veldig overrasket over resultatene som ble oppnådd. Den 660 kilometer lange grensen har sterkere topografi enn Rocky Mountains eller Appalachians, og er like kompleks som det vi ser på overflaten,”skriver forfatterforfatterne.
Salgsfremmende video:
Rocky Mountain-utsikt fra Rocky Mountain National Park USA. Kreditt: Stanislav Savin.
Den statistiske modellen tillot oss ikke å bestemme høyden på fjellene som er funnet i dypet av fjellene, men det ble klart at uregelmessighetene er ujevn fordelt, akkurat som overflaten av jordskorpen har glatte områder av havbunnen og høye fjell. Forskerne studerte også et lag med en dybde på 410 kilometer, i den øvre delen av "overgangssonen" på mantelen, og fant ikke en slik topografisk spredning.
Resultatene som oppnås viser hvor avanserte seismiske instrumenter har vært for å oppdage nye og uventede egenskaper ved jordas lag.
Hva betyr dette
Tilstedeværelsen av uregelmessigheter ved den 660 kilometer lange grensen er avgjørende for å forstå hvordan planeten vår ble dannet. Det utforskede laget deler mantelen, som utgjør omtrent 84 prosent av jordens volum, i de øvre og nedre delene. I årevis har geologiske forskere diskutert hvor viktig denne grensen er. Spesielt undersøkte de hvordan varme beveger seg gjennom mantelen.
Noen geokjemiske og mineralogiske bevis tyder på en kjemisk forskjell mellom øvre og nedre mantel, noe som underbygger ideen om at de to seksjonene ikke blandes termisk eller fysisk. Imidlertid viser dataene at jevnere regioner ved 660 km-grensen kan være et resultat av forsiktig vertikal blanding, mens fjellrike regioner kan ha dannet seg der blanding ikke forekommer.
I tillegg kan de påviste uregelmessigheter teoretisk være forårsaket av termiske avvik eller kjemiske uregelmessigheter. Men på grunn av omfordelingen av varme i mantelen, vil enhver liten termisk anomali glattes ut over en million år, og bare etterlate kjemiske forskjeller.
Så hva kan ha forårsaket den betydelige forskjellen i lagkjemi? Forskere sier at årsaken til dette er synkningen av bergarter som tidligere hørte til jordskorpen. Geofysikere har lenge drøftet skjebnen til havbunnsplatene som skjærer seg inn i mantelen i subduksjonssoner over hele verden. Forskere spekulerer i at restene av disse gamle platene nå kan være rett over eller rett under den 660 kilometer lange grensen.
"Seismologi blir spennende når den lar oss bedre forstå den indre strukturen på planeten vår både i rom og i tid," konkluderer studieforfatterne.
