Βαθιά κάτω από την επιφάνεια της Γης, αργά κινούμενα ρεύματα μεταφοράς στροβιλίζονται στο εσωτερικό του μανδύα. Αυτά τα ρεύματα συνδέονται στενά με την κίνηση των τεκτονικών πλακών και κάνουν πολύ περισσότερα από το να μετατοπίζουν απλώς τις πλάκες που βρίσκονται από πάνω τους. Επίσης, τεντώνουν και παραμορφώνουν το ίδιο το υλικό του μανδύα.
Η νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό The Seismic Record δείχνει ότι μεγάλο μέρος αυτής της παραμόρφωσης στο βαθύτερο τμήμα του μανδύα συμβαίνει σε περιοχές όπου οι επιστήμονες πιστεύουν ότι έχουν βυθιστεί αρχαίες τεκτονικές πλάκες κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών.
Παγκόσμιος χάρτης αποκαλύπτει παραμορφώσεις κοντά στον πυρήνα
Οι επιστήμονες υποψιάζονταν εδώ και καιρό μια σύνδεση μεταξύ της παραμόρφωσης του βαθέος μανδύα και αυτών των θαμμένων πλακών, αλλά η συγκεκριμένη έρευνα παρέχει την πρώτη παγκόσμια εικόνα.
Η ομάδα εξέτασε σχεδόν το 75% του κατώτερου μανδύα, ενός στρώματος που βρίσκεται 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 οι συνεργάτες του δημιούργησαν αυτόν τον παγκόσμιο χάρτη χρησιμοποιώντας ένα τεράστιο σύνολο δεδομένων.
Συγκέντρωσαν και ανέλυσαν περισσότερα από 16 εκατομμύρια σεισμογραφήματα από 24 κέντρα δεδομένων παγκοσμίως, δημιουργώντας ένα από τα πιο ολοκληρωμένα σύνολα σεισμικών δεδομένων που έχουν συγκεντρωθεί ποτέ.
Τα σεισμικά κύματα αποκαλύπτουν κρυφές δομές
Όταν συμβαίνουν σεισμοί, δημιουργούν εγκάρσια κύματα που ταξιδεύουν στο εσωτερικό της Γης. Αυτά τα κύματα κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με την κατεύθυνσή τους και τις ιδιότητες του υλικού από το οποίο διέρχονται.
Αυτή η κατευθυντική μεταβολή, γνωστή ως σεισμική ανισοτροπία, επιτρέπει στους επιστήμονες να εντοπίζουν περιοχές όπου ο μανδύας έχει υποστεί παραμόρφωση. Μελετώντας αυτά τα μοτίβα, οι ερευνητές μπορούν να αποκτήσουν πολύτιμες γνώσεις για το πώς ρέει και κυκλοφορεί ο μανδύας με την πάροδο του χρόνου.
«Γνωρίζουμε ότι η παραμόρφωση στον άνω μανδύα κυριαρχείται από την έλξη των πλακών που κινούνται πάνω από αυτόν. Και αυτό προσεγγίζει εξαιρετικά καλά όσα ξέρουμε 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. Αυτό είναι ακριβώς που θέλουμε να προσεγγίσουμε».
Τεράστιο σύνολο δεδομένων αποκαλύπτει μοτίβα στα βάθη της Γης
Χρησιμοποιώντας αυτό που ο Wolf περιγράφει ως «τη μεγαλύτερη συλλογή σεισμικών δεδομένων από σεισμούς που έγινε ποτέ», η ομάδα ανέλυσε πολλαπλές φάσεις σεισμικών κυμάτων που ταξιδεύουν προς τα κάτω μέσω του μανδύα, περνούν στον πυρήνα και στη συνέχεια επιστρέφουν στον μανδύα.
Αυτά τα κύματα είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για τη χαρτογράφηση της σεισμικής ανισοτροπίας σε αποστάσεις εκατοντάδων χιλιομέτρων, προσφέροντας μια σαφέστερη εικόνα του πώς κατανέμεται η παραμόρφωση στον βαθύτερο μανδύα.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ανισοτροπία σε περίπου τα δύο τρίτα των περιοχών που μελετήθηκαν. Αν και τα μοτίβα είναι περίπλοκα, το μεγαλύτερο μέρος της παραμόρφωσης εμφανίζεται σε περιοχές όπου θεωρείται ότι υπάρχουν πλάκες που έχουν υποβυθιστεί σε μεγάλο βάθος.
«Αυτό δεν είναι τόσο εκπληκτικό από μια άποψη, καθώς προβλέπεται από γεωδυναμικές προσομοιώσεις», δήλωσε ο Wolf. «Αλλά στην κλίμακα που εξετάζουμε, δεν είχε πραγματικά αποδειχθεί ποτέ με τις μεθόδους που χρησιμοποιούμε».
Τι προκαλεί την παραμόρφωση στις υποβυθιζόμενες πλάκες
Οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμη να κατανοήσουν ακριβώς γιατί αυτές οι πλάκες παρουσιάζουν σεισμική ανισοτροπία. Σύμφωνα με τον Wolf, μια πιθανότητα είναι οι πλάκες να διατηρούν κάποια «απολιθωμένη» ανισοτροπία από την εποχή που βρίσκονταν πιο κοντά στην επιφάνεια.
Ωστόσο, μια πιο πιθανή εξήγηση είναι ότι συμβαίνει έντονη παραμόρφωση καθώς οι πλάκες βυθίζονται και αλληλεπιδρούν με το όριο μανδύα-πυρήνα. Καθώς κατεβαίνουν, σπρώχνουν και αναδιαμορφώνουν το περιβάλλον υλικό.
Η ακραία θερμότητα και πίεση σε αυτά τα βάθη μπορούν να μεταβάλουν τα ορυκτά μέσα στις πλάκες, δημιουργώντας έναν νέο ανισοτροπικό «ιστό».
Όρια ανίχνευσης και μελλοντική έρευνα
Ο Wolf τόνισε ότι δεν πρέπει να υποθέτουμε πως οι περιοχές όπου δεν ανιχνεύεται ανισοτροπικό σήμα είναι απαλλαγμένες από παραμορφώσεις. Σε ορισμένες περιοχές, το σήμα μπορεί απλώς να είναι πολύ ασθενές για να εντοπιστεί με τις τρέχουσες μεθόδους.
Το τεράστιο σύνολο δεδομένων που υποστηρίζει αυτή τη μελέτη παραμένει ένας πολύτιμος πόρος. Ο Wolf το περιέγραψε ως έναν «θησαυρό» που οι ερευνητές θα συνεχίσουν να εξερευνούν για περαιτέρω γνώσεις σχετικά με το βαθύ εσωτερικό της Γης.
«Αν έχω ένα όνειρο, αυτό είναι να έχουμε κάποια μέρα αρκετές πληροφορίες ώστε να μπορούμε πραγματικά να πούμε πολύ περισσότερα για τις παγκόσμιες κατευθύνσεις ροής του κατώτερου μανδύα, γνωρίζοντας τη σεισμική ανισοτροπία σε διαφορετικές πλευρικές κλίμακες στον μανδύα και φωτίζοντάς τον από πολλές κατευθύνσεις», δήλωσε ο ίδιος.
