Βαθιά κάτω από τα πόδια μας, ο μανδύας της Γης βρίσκεται σε συνεχή κίνηση. Τεράστια ρεύματα αργά κυκλοφορούντων πετρωμάτων, καθοδηγούμενα από τη θερμότητα του εσωτερικού του πλανήτη, βοηθούν στη μετακίνηση των τεκτονικών πλακών στην επιφάνεια. Όμως, αυτά τα ίδια ρεύματα τεντώνουν, συστρέφουν και αναδιαμορφώνουν τον ίδιο τον μανδύα με τρόπους που είναι δύσκολο να παρατηρηθούν άμεσα.
Μια νέα μελέτη στο περιοδικό The Seismic Record προσφέρει μια από τις πιο καθαρές εικόνες αυτής της κρυφής δραστηριότητας μέχρι σήμερα. Δείχνει ότι το μεγαλύτερο μέρος της παραμόρφωσης στο βαθύτερο στρώμα του μανδύα συγκεντρώνεται σε περιοχές όπου έχουν συσσωρευτεί τεκτονικές πλάκες που βυθίστηκαν πριν από πολύ καιρό, αφού πρώτα διένυσαν χιλιάδες χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια.
Οι ερευνητές υποψιάζονταν αυτή τη σύνδεση, αλλά η συγκεκριμένη μελέτη είναι η πρώτη που την εξετάζει σε παγκόσμια κλίμακα. Καλύπτει σχεδόν το 75% του κατώτερου τμήματος του μανδύα, ακριβώς πάνω από το όριο μανδύα-πυρήνα, περίπου 2.900 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της Γης.
Ο Jonathan Wolf από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϊ και η ομάδα του δημιούργησαν αυτόν τον παγκόσμιο χάρτη χρησιμοποιώντας περισσότερα από 16 εκατομμύρια σεισμογραφήματα που συλλέχθηκαν από 24 κέντρα δεδομένων σε όλο τον κόσμο.
Τα εγκάρσια κύματα που προκαλούνται από σεισμούς ταξιδεύουν με διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με την κατεύθυνσή τους μέσα από ένα υλικό. Αυτές οι διακυμάνσεις αντανακλούν την εσωτερική δομή και τη σύνθεση του υλικού.
Οι επιστήμονες ονομάζουν αυτό το φαινόμενο σεισμική ανισοτροπία και βοηθά στον εντοπισμό περιοχών όπου ο μανδύας παραμορφώνεται. Χαρτογραφώντας αυτά τα μοτίβα παραμόρφωσης, οι ερευνητές μπορούν να κατανοήσουν καλύτερα πώς κυκλοφορεί η ύλη μέσα στον μανδύα.
Κατανοώντας τη ροή του μανδύα
«Γνωρίζουμε ότι η παραμόρφωση στον άνω μανδύα κυριαρχείται από την έλξη των πλακών που κινούνται πάνω από αυτόν. Και αυτό προσεγγίζει εξαιρετικά καλά όσα γνωρίζουμε από τη σεισμική ανισοτροπία για την παραμόρφωση του άνω μανδύα», εξήγησε ο Wolf. «Αλλά δεν έχουμε καμία τέτοιου είδους μεγάλης κλίμακας κατανόηση για τη ροή στον κατώτερο μανδύα. Και αυτό είναι που πραγματικά θέλουμε να πετύχουμε».
Χρησιμοποιώντας αυτό που ο Wolf περιγράφει ως «τη μεγαλύτερη συλλογή σεισμικών δεδομένων από σεισμούς που έγινε ποτέ», η ομάδα εξέτασε σεισμικά κύματα που διαπερνούν τον μανδύα, εισέρχονται στον πυρήνα και στη συνέχεια επιστρέφουν στον μανδύα.
Αυτά τα κύματα επιτρέπουν στους επιστήμονες να χαρτογραφήσουν την ανισοτροπία σε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων, προσφέροντας μια καθαρότερη εικόνα για το πού συμβαίνει η παραμόρφωση στον βαθύτερο μανδύα.
Οι ερευνητές εντόπισαν ανισοτροπία περίπου στα δύο τρίτα των περιοχών που ανέλυσαν.
Αν και το μοτίβο είναι περίπλοκο, τα περισσότερα από αυτά τα σήματα εμφανίζονται σε περιοχές όπου θεωρείται ότι υπάρχουν βυθισμένες πλάκες από παλαιότερες καταβυθίσεις. «Αυτό δεν είναι τόσο εκπληκτικό από μια άποψη, επειδή προβλέπεται από γεωδυναμικές προσομοιώσεις», δήλωσε ο Wolf. «Αλλά στην κλίμακα που εξετάζουμε, δεν είχε αποδειχθεί πραγματικά με τις μεθόδους που χρησιμοποιούμε εμείς».
Οι επιστήμονες εξακολουθούν να εργάζονται για να προσδιορίσουν τι ακριβώς προκαλεί την ανισοτροπία μέσα σε αυτές τις πλάκες, σημείωσε ο Wolf.
Τι προκαλεί την ανισοτροπία;
Ορισμένες πλάκες ενδέχεται να διατηρούν μια “απολιθωμένη” ανισοτροπία από την εποχή που βρίσκονταν κοντά στην επιφάνεια της Γης. Ωστόσο, μια πιο πιθανή εξήγηση είναι ότι συμβαίνει έντονη παραμόρφωση καθώς οι πλάκες φτάνουν στο όριο μανδύα-πυρήνα, μαζί με παραμόρφωση στο περιβάλλον υλικό που παραμερίζουν.
Η ακραία πίεση και η θερμότητα σε αυτά τα βάθη μπορούν επίσης να αλλοιώσουν τα ορυκτά μέσα στις πλάκες, δημιουργώντας νέες μορφές ανισότροπης “υφής” (fabric).
Ο Wolf τόνισε ότι οι περιοχές χωρίς σαφές ανισότροπο σήμα δεν στερούνται απαραίτητα παραμόρφωσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το σήμα μπορεί απλώς να είναι πολύ ασθενές για να ανιχνευθεί με τις τρέχουσες μεθόδους.
Το σύνολο δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή τη μελέτη παραμένει ένας “θησαυρός” για μελλοντικές ανακαλύψεις σχετικά με το βαθύ εσωτερικό της Γης. «Αν μπορώ να ονειρευτώ, κάποια μέρα θα έχουμε αρκετές πληροφορίες για να πούμε πραγματικά πολύ περισσότερα για τις παγκόσμιες κατευθύνσεις ροής του κατώτερου μανδύα, γνωρίζοντας τη σεισμική ανισοτροπία σε διαφορετικές πλευρικές κλίμακες στον μανδύα, φωτίζοντάς τον από πολλές κατευθύνσεις», είπε.