poniedziałek, 23 maja 2022

Zagadkowe funkcje głęboko we wnętrzu Ziemi

 Nowe badania prowadzone przez Uniwersytet w Cambridge to pierwsze szczegółowe zdjęcie niezwykłej kieszeni skalnej w warstwie granicznej z jądrem Ziemi, około trzech tysięcy kilometrów pod powierzchnią.


Enigmatyczny obszar skalny, który znajduje się niemal bezpośrednio pod Wyspami Hawajskimi, jest jedną z kilku stref o bardzo niskiej prędkości - tak zwanych, ponieważ fale trzęsień ziemi przechodząc przez nie, zwalniają do zera.


Badania, opublikowane dziś w Nature Communications, są pierwszymi, które szczegółowo ukazują złożoną zmienność wewnętrzną jednej z tych kieszeni, rzucając światło na krajobraz głębokiego wnętrza Ziemi i procesy w nim zachodzące.


"Ze wszystkich cech głębokiego wnętrza Ziemi, te są najbardziej fascynujące i złożone. Mamy teraz pierwsze solidne dowody wskazujące na ich wewnętrzną strukturę - to prawdziwy kamień milowy w sejsmologii głębokiego wnętrza Ziemi" - powiedział główny autor badań Zhi Li, doktorant na Wydziale Nauk o Ziemi w Cambridge.


Wnętrze Ziemi jest warstwowe jak cebula: w centrum znajduje się żelazno-niklowe jądro, otoczone grubą warstwą zwaną płaszczem, a na wierzchu cienka powłoka zewnętrzna - skorupa, na której żyjemy. Chociaż płaszcz jest litą skałą, jest wystarczająco gorący, aby płynąć bardzo powoli. Te wewnętrzne prądy konwekcyjne przenoszą ciepło na powierzchnię, napędzając ruchy płyt tektonicznych i napędzając erupcje wulkanów.


Naukowcy wykorzystują fale sejsmiczne powstające w wyniku trzęsień ziemi, aby zajrzeć pod powierzchnię Ziemi - echa i cienie tych fal ujawniają podobne do radaru obrazy topografii głębokiego wnętrza. Jednak do niedawna obrazy struktur na granicy jądro-mantle, czyli w obszarze o kluczowym znaczeniu dla badania wewnętrznego przepływu ciepła na naszej planecie, były ziarniste i trudne do interpretacji.


Naukowcy wykorzystali najnowsze metody modelowania numerycznego, aby odkryć struktury na granicy jądro-mantyl. Według współautora pracy, dr Kuangdai Lenga, który opracował te metody na Uniwersytecie Oksfordzkim, "Naprawdę przesuwamy granice możliwości nowoczesnych wysokowydajnych systemów obliczeniowych dla symulacji elastodynamicznych, wykorzystując symetrie falowe, które wcześniej były niezauważone lub niewykorzystane". Leng, który obecnie pracuje w Science and Technology Facilities Council, powiedział, że oznacza to, że mogą oni poprawić rozdzielczość obrazów o rząd wielkości w porównaniu do poprzednich prac.


Zaobserwowali oni 40% spadek prędkości fal sejsmicznych przemieszczających się u podstawy strefy ultra niskich prędkości pod Hawajami. Zdaniem autorów potwierdza to istniejące wnioski, że strefa ta zawiera znacznie więcej żelaza niż otaczające ją skały - co oznacza, że jest gęstsza i bardziej powolna. "Możliwe, że ten bogaty w żelazo materiał jest pozostałością po dawnych skałach z początków historii Ziemi lub nawet, że żelazo może wyciekać z jądra w nieznany sposób" - powiedziała kierująca projektem dr Sanne Cottaar z Cambridge Earth Sciences.


Nowe badania mogą również pomóc naukowcom zrozumieć, co znajduje się pod spodem i co powoduje powstawanie łańcuchów wulkanicznych, takich jak Wyspy Hawajskie. Naukowcy zaczęli dostrzegać korelację między lokalizacją wulkanów o opisowej nazwie hotspot, do których należą Hawaje i Islandia, a strefami o bardzo niskiej prędkości u podstawy płaszcza. Pochodzenie wulkanów hotspot jest szeroko dyskutowane, ale najbardziej popularna teoria sugeruje, że struktury przypominające pióropusze przenoszą gorący materiał płaszcza z granicy jądro-m płaszcz na powierzchnię.


Mając w ręku zdjęcia strefy bardzo niskich prędkości pod Hawajami, zespół badawczy może również zebrać rzadkie dowody fizyczne z tego, co prawdopodobnie jest źródłem pióropusza zasilającego Hawaje. Obserwacje gęstych, bogatych w żelazo skał pod Hawajami potwierdzają obserwacje powierzchniowe: "Bazalty wybuchające na Hawajach mają anomalne sygnatury izotopowe, które mogą wskazywać na pochodzenie z wczesnego okresu Ziemi lub przeciekanie jądra, oznacza to, że część tego gęstego materiału nagromadzonego u podstawy musi być ciągnięta na powierzchnię" - powiedział Cottaar.


Aby zrozumieć, czy wszystkie powierzchniowe plamy gorąca mają u podstawy kieszeń z gęstym materiałem, należy teraz zobrazować większą część granicy jądro-mantyl. To, gdzie i jak można zlokalizować granicę rdzeń-mantle zależy od tego, gdzie występują trzęsienia ziemi i gdzie zainstalowane są sejsmometry rejestrujące fale.


Obserwacje zespołu naukowców dołączają do rosnącej liczby dowodów na to, że głębokie wnętrze Ziemi jest tak samo zmienne jak jej powierzchnia. "Strefy niskich prędkości to jedne z najbardziej skomplikowanych cech, jakie obserwujemy na dużych głębokościach - jeśli rozszerzymy nasze poszukiwania, prawdopodobnie zobaczymy coraz większe poziomy złożoności, zarówno strukturalnej, jak i chemicznej, na granicy jądro-mantyl" - powiedział Li.


Obecnie naukowcy planują zastosować swoje techniki do zwiększenia rozdzielczości obrazowania innych kieszeni na granicy rdzeń-mantle, a także do mapowania nowych stref. Docelowo naukowcy mają nadzieję stworzyć mapę krajobrazu geologicznego na granicy rdzeń-mantle i zrozumieć jego związek z dynamiką i historią ewolucji naszej planety.

University of Cambridge

businews.pl
itnews24.pl
itlife.pl
ofio.pl
tvtu.pl
wykop.pl

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz

Uwaga: tylko uczestnik tego bloga może przesyłać komentarze.

Zagadkowe funkcje głęboko we wnętrzu Ziemi

 Nowe badania prowadzone przez Uniwersytet w Cambridge to pierwsze szczegółowe zdjęcie niezwykłej kieszeni skalnej w warstwie granicznej z j...