Πολλοί άνθρωποι φαντάζονται τον εσωτερικό μανδύα της Γης ως ξεχωριστά στρώματα τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο, σαν μια πολυεπίπεδη τούρτα, όπου κάθε στρώμα αντιπροσωπεύει μια πλάκα. Στην πραγματικότητα, αυτές οι εσωτερικές ζώνες είναι περίπλοκες και συχνά γεμάτες εκπλήξεις.
Οι σεισμολόγοι βασίζονταν σε συγκεκριμένους τύπους σεισμικών κυμάτων για να μάθουν για το υπέδαφος της Γης, αλλά τώρα μια διαφορετική τεχνική σκιαγραφεί μια πολύ πιο λεπτομερή εικόνα. Αυτή η νέα οπτική έκανε τους επιστήμονες να αναρωτιούνται αν υπάρχει κρυμμένο υλικό σε μέρη που κάποτε θεωρούνταν κενά.
Κατανοώντας τον μανδύα της Γης
Ο μανδύας της Γης είναι το παχύ στρώμα πετρώματος που βρίσκεται ανάμεσα στον φλοιό και τον πυρήνα του πλανήτη. Εκτείνεται σε βάθος περίπου 2.900 χιλιομέτρων, αποτελώντας περίπου το 84% του συνολικού όγκου της Γης. Ο μανδύας αποτελείται κυρίως από πυριτικά ορυκτά πλούσια σε σίδηρο και μαγνήσιο και είναι κυρίως στερεός, αλλά συμπεριφέρεται σαν ένα παχύρρευστο υγρό που ρέει αργά σε μεγάλες χρονικές περιόδους.
Αυτή η ροή είναι που κατευθύνει την κίνηση των τεκτονικών πλακών στην επιφάνεια της Γης, προκαλώντας σεισμούς, ηφαιστειακές εκρήξεις και τη μετατόπιση των ηπείρων.
Η θερμότητα από τον πυρήνα της Γης προκαλεί ρεύματα μεταφοράς στον μανδύα, όπου το θερμό υλικό ανέρχεται, ψύχεται κοντά στον φλοιό και στη συνέχεια βυθίζεται ξανά προς τα κάτω, δημιουργώντας έναν συνεχή κύκλο. Αυτή η διαδικασία παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση της επιφάνειας του πλανήτη.
Τεκτονικές πλάκες στον μανδύα της Γης
Η ανακάλυψη προκύπτει από τη χρήση μιας μεθόδου υψηλής ανάλυσης που ονομάζεται αναστροφή πλήρους κυματομορφής (full-waveform inversion). Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αυτή την προσέγγιση για να ερμηνεύσουν κάθε τύπο σεισμικού κύματος που παράγεται από τους σεισμούς, αντί να εστιάζουν μόνο σε ένα είδος. Χάρη σε αυτό, μπορούν να κατασκευάσουν ένα ακριβέστερο μοντέλο των εσωτερικών δομών της Γης.
Μετά την εφαρμογή αυτής της μεθόδου στον κατώτερο μανδύα, οι ερευνητές εντόπισαν θύλακες που φαίνεται να είναι εναπομείναντα τμήματα πλακών σε περιοχές όπου δεν υπάρχει γνωστό ιστορικό υποβύθισης. Μετά την ανάλυσή τους, έμειναν έκπληκτοι από το πόσο συνηθισμένες φαινόταν να είναι αυτές οι κρυμμένες ανωμαλίες.
Αυτή η εργασία διεξήχθη από μια ομάδα στην οποία συμμετέχει ο διδακτορικός φοιτητής Thomas Schouten από το Γεωλογικό Ινστιτούτο του ETH Ζυρίχης, ο οποίος συνεργάστηκε με ειδικούς από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Καλιφόρνια (Caltech). Οι κοινές τους προσπάθειες προσέφεραν νέες γνώσεις που αμφισβητούν τις παραδοχές σχετικά με το πού μπορεί να βρίσκονται τα υπολείμματα παλαιών τεκτονικών πλακών στο εσωτερικό της Γης.
Ερμηνεύοντας τα σεισμικά σήματα
Για να κατανοήσουμε πώς έφτασαν οι ερευνητές σε αυτό το σημείο, βοηθά να θυμηθούμε πώς λειτουργούν τα σεισμικά κύματα. Όταν εκδηλώνεται ένας σεισμός, στέλνει κύματα που ακτινοβολούν προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτά τα κύματα αντανακλώνται, διαθλώνται και μεταβάλλονται καθώς ταξιδεύουν μέσα στον πλανήτη.
Με παρόμοιο τρόπο που οι γιατροί χρησιμοποιούν τεχνικές ιατρικής απεικόνισης, οι γεωφυσικοί μετρούν τον χρόνο που χρειάζονται αυτά τα κύματα για να φτάσουν σε διάφορους σεισμικούς σταθμούς ανά την υφήλιο. Η ταχύτητα αυτών των σημάτων αποκαλύπτει λεπτομέρειες σχετικά με την πυκνότητα και τη σκληρότητα των πετρωμάτων.
Τα προηγούμενα χρόνια, οι επιστήμονες βασίζονταν σε μεγάλο βαθμό σε συγκεκριμένες σεισμικές φάσεις. Όμως, εξετάζοντας αντίθετα όλα τα διαθέσιμα δεδομένα κυμάτων, εντοπίστηκαν νέα σχήματα και πυκνότητες στον κατώτερο μανδύα της Γης.
Γιατί είναι σημαντικός ο μανδύας της Γης;
Εδώ και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, οι πλάκες σχηματίζονται, μετατοπίζονται και βυθίζονται ξανά στο εσωτερικό της Γης. Αυτή η ανακύκλωση παίζει ρόλο στον έλεγχο φαινομένων όπως ο σχηματισμός ηφαιστείων, οι σεισμοί και η αργή μετατόπιση των ηπείρων.
Οι ερευνητές γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι τμήματα υποβυθισμένων πλακών συσσωρεύονται κάτω από περιοχές όπου μια τεκτονική πλάκα γλιστρά κάτω από μια άλλη.
Επομένως, προκάλεσε έκπληξη το γεγονός ότι οι νέες απεικονίσεις αποκάλυψαν τεράστια τμήματα πλακών κάτω από ωκεανούς και το εσωτερικό ηπείρων που στερούνται σαφούς ιστορικού συγκρούσεων πλακών. Αυτό σηματοδοτεί μια πιθανή εμπλοκή στην κατανόησή μας για το πώς εξελίσσονται οι πλάκες και πού καταλήγουν.
Μυστηριώδης πλάκα κάτω από τον Ειρηνικό Ωκεανό
Μία από τις μεγαλύτερες εκπλήξεις εντοπίστηκε σε μια ζώνη κάτω από τον δυτικό Ειρηνικό Ωκεανό. Σύμφωνα με τα τρέχοντα χρονοδιαγράμματα των τεκτονικών πλακών, δεν υπάρχει κανένας λόγος να βρίσκονται εκεί παλαιά θραύσματα πλακών.
«Προφανώς, τέτοιες ζώνες στον μανδύα της Γης είναι πολύ πιο διαδεδομένες από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως», δήλωσε ο Schouten. Κανένα γεωλογικό δεδομένο δεν υποδεικνύει ιστορική υποβύθιση στην περιοχή. Αυτό υποδηλώνει ότι οι ανωμαλίες μπορεί να μην είναι καθόλου κομμάτια πλακών, ή τουλάχιστον όχι με τον τρόπο που φαντάζονταν αρχικά οι επιστήμονες.
Θα μπορούσε να είναι κάτι άλλο;
Οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν τώρα ερωτήματα σχετικά με την προέλευση και τη φύση αυτών των δομών. Ορισμένοι υποστηρίζουν ότι μπορεί να πρόκειται για αρχαίους θύλακες πλούσιους σε πυρίτιο, που απέμειναν από τον πρώιμο μανδύα. Άλλοι υποδηλώνουν ότι μπορεί να είναι συσσωρεύσεις πλούσιες σε σίδηρο, οι οποίες μετατοπίστηκαν στο πέρασμα δισεκατομμυρίων ετών.
Ο Schouten εξήγησε ότι το νέο μοντέλο αποκαλύπτει ανωμαλίες σε ολόκληρο το εσωτερικό της Γης, αλλά τα ακριβή υλικά ή τα τμήματα πλακών που ευθύνονται για αυτά τα μοτίβα παραμένουν ασαφή. Αυτή η αβεβαιότητα υποδηλώνει μια μεγαλύτερη ποικιλία στη σύσταση του μανδύα της Γης από ό,τι είχε γίνει αντιληπτό στο παρελθόν.
Τα επόμενα βήματα στην έρευνα
Η αναστροφή πλήρους κυματομορφής αποτελεί ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για αυτές τις έρευνες, προσφέρει όμως μόνο μια εικόνα του πόσο γρήγορα ή αργά κινούνται τα κύματα μέσα στο υλικό. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι χρειάζονται περαιτέρω εξειδίκευση για να διακρίνουν τις χημικές και θερμικές διαφορές.
Ορισμένοι στρέφονται σε πρόσθετα σύνολα δεδομένων, συμπεριλαμβανομένων ηλεκτρομαγνητικών σημάτων και δεδομένων από πειράματα φυσικής των ορυκτών.
Ο συνδυασμός αυτών των μεθόδων ενδέχεται να αναδείξει εάν αυτοί οι “θύλακες” (blobs) του μανδύα έχουν αρχέγονη προέλευση, αν προέρχονται από ανακυκλωμένο ωκεάνιο φλοιό ή από κάτι εντελώς διαφορετικό.
Συνέπειες για την τεκτονική των πλακών
Εάν οι επιστήμονες επιβεβαιώσουν ότι υπάρχουν περισσότερες τέτοιες ζώνες στα βάθη της Γης, ίσως χρειαστεί να προσαρμόσουν πολλές θεωρίες σχετικά με το πώς μετακινείται η θερμότητα μέσα στον πλανήτη. Τέτοιες κρυμμένες ζώνες ενδέχεται να μεταβάλουν τα πρότυπα των ρευμάτων μεταφοράς και τον σχηματισμό των μανδυακών πιδάκων (mantle plumes).
Η ιστορία της τεκτονικής των πλακών θα μπορούσε επίσης να δεχθεί ενημερώσεις, με νέα κεφάλαια για το πώς τα θραύσματα των πλακών περιπλανώνται και μετασχηματίζονται με τρόπους που δεν είχαν καταγραφεί στο παρελθόν. Αυτές οι ανακαλύψεις μάς υπενθυμίζουν ότι η γεωεπιστήμη, όπως κάθε επιστήμη, δεν είναι ποτέ οριστικά διευθετημένη.
Η επόμενη γενιά υπερυπολογιστών και το μέλλον της γεωεπιστήμης
Στο μέλλον, βελτιωμένοι υπερυπολογιστές ενδέχεται να επεξεργαστούν ακόμη μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων για να παράγουν σαφέστερες εικόνες του κατώτερου μανδύα της Γης και των δομών των πλακών του. Αυτό θα μπορούσε να επιλύσει τις αντιπαραθέσεις σχετικά με την πραγματική φύση αυτών των μυστηριωδών ανωμαλιών.
Ενσωματώνοντας διάφορες προσεγγίσεις –σεισμικές, χημικές και υπολογιστικές– οι γεωεπιστήμονες θα συνεχίσουν να αποκαλύπτουν κομμάτια της κρυμμένης πολυπλοκότητας του πλανήτη μας. Όπως απέδειξε η ομάδα του Schouten, μερικές φορές το να δεις τη συνολική εικόνα σημαίνει να κοιτάξεις πέρα από όσα νομίζουμε ότι ήδη γνωρίζουμε.
