Jonathan Wolf z University of California w Berkeley wraz ze swoim zespołem dokonał czegoś, co jeszcze kilka lat temu wydawało się niemożliwe. Naukowcy stworzyli globalną mapę najniższej warstwy płaszcza Ziemi, obejmującą około 75% jej powierzchni na głębokości 2900 kilometrów. Jest to obszar graniczny między skalistym płaszczem a metalicznym, zewnętrznym jądrem Ziemi. Aby tego dokonać, badacze zgromadzili i przetworzyli bezprecedensową bazę danych, składającą się z ponad 16 milionów sejsmogramów pochodzących z 24 centrów danych z całego świata. Wolf określa ten zbiór jako prawdopodobnie największe w historii zestawienie danych dotyczących trzęsień ziemi wykorzystane w jednym badaniu.
Kluczem do zrozumienia tego, co dzieje się tak głęboko, jest zjawisko zwane anizotropią sejsmiczną. Fale sejsmiczne, a konkretnie fale poprzeczne (typu S) generowane przez trzęsienia ziemi, podróżują z różną prędkością w zależności od kierunku, w którym się poruszają. Ta zmienność wynika ze struktury i składu mineralnego materiału, przez który przechodzą. Jeśli materiał jest zdeformowany lub posiada uporządkowaną strukturę krystaliczną (podobnie jak słoje w drewnie), fale będą “czuć” ten kierunek. Dzięki temu anizotropia staje się dla sejsmologów swoistym drogowskazem, pozwalającym zidentyfikować obszary, w których materia płaszcza płynie lub ulega silnym odkształceniom.
Czytaj także: Płaszcz Ziemi nie jest martwy. Bije niczym serce tuż pod powierzchnią Afryki
Cmentarzysko płyt tektonicznych na granicy jądra
Wyniki analizy są fascynujące: naukowcy odkryli ślady anizotropii w około dwóch trzecich badanego obszaru dolnego płaszcza. Co najważniejsze, deformacje te nie są rozmieszczone chaotycznie. Większość z nich występuje w miejscach, gdzie – zgodnie z modelami geodynamicznymi – znajdują się subdukowane płyty tektoniczne. Są to fragmenty litosfery, które miliony lat temu “zanurkowały” pod inne płyty na powierzchni Ziemi i przez eony opadały w głąb planety, docierając aż do samej granicy jądro-płaszcz.
Czytaj także: Trzęsienia ziemi w płaszczu Ziemi są nawet dziwniejsze, niż myśleli. Naukowcy odkryli globalny fenomen
Choć symulacje komputerowe od dawna przewidywały, że tonące płyty powinny deformować dolne warstwy płaszcza, dopiero teraz udało się to wykazać w skali globalnej za pomocą bezpośrednich obserwacji sejsmicznych. Jak zauważa Jonathan Wolf, mechanizm powstawania tych deformacji jest złożony. Płyty mogą nieść ze sobą “skamieniałe” ślady anizotropii jeszcze z czasów, gdy znajdowały się blisko powierzchni, ale znacznie bardziej prawdopodobne jest, że deformacja powstaje tuż przy granicy jądra. Ekstremalne ciśnienie i temperatura panujące na tej głębokości powodują przemiany fazowe minerałów, co w połączeniu z mechanicznym zgniataniem płyty o “twardą” barierę, jaką jest jądro zewnętrzne, tworzy unikalną teksturę sejsmiczną.
Dlaczego zrozumienie płaszcza jest tak istotne?
Dla przeciętnego mieszkańca Ziemi procesy zachodzące 2900 km pod stopami mogą wydawać się abstrakcyjne, jednak to one napędzają silnik naszej planety. Wiemy już doskonale, że deformacja w górnym płaszczu jest zdominowana przez ruch płyt tektonicznych, które “ciągną” za sobą lepką materię. Jednak dynamika przepływu w najniższych partiach płaszcza pozostawała dotąd wielką zagadką. Zrozumienie, jak materiał przemieszcza się nad jądrem, jest kluczowe dla poznania konwekcji płaszcza – procesu, który odpowiada za odprowadzanie ciepła z wnętrza Ziemi, powstawanie wulkanów i pole magnetyczne naszej planety.
Badacze podkreślają, że brak sygnału anizotropowego w niektórych regionach nie musi oznaczać braku deformacji – w niektórych miejscach sygnał może być po prostu zbyt słaby, by wychwycić go obecnymi metodami. Niemniej jednak, zgromadzony zbiór danych Wolf nazywa “skarbcem”, który on i jego koledzy zamierzają eksploatować przez kolejne lata. Celem jest stworzenie kompletnego modelu globalnych kierunków przepływu materii w głębokim wnętrzu Ziemi. Takie “oświetlenie” planety z wielu stron falami sejsmicznymi pozwoli nam w przyszłości przewidywać, jak Ziemia będzie ewoluować w nadchodzących milionach lat i lepiej zrozumieć burzliwą historię jej wnętrza.
