Seismologi bliver spændende, når det giver dig mulighed for bedre at forstå den indre struktur på vores planet, både i rummet og i tiden.
Vi ved fra skolens lærebøger, at Jorden har tre (eller fire) lag: skorpe, kappe og kerne, undertiden opdelt i indre og ydre. Dette er ikke helt sandt, da det udelukker nogle af de andre lag, som forskere skelner i strukturen på vores planet. I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Science rapporterer geofysikere fra Princeton University (USA) og Institute of Geodesy and Geophysics in China bjerge og anden topografi på et lag beliggende 660 kilometer dybt og adskiller den øvre og nedre mantel.
”At finde højdeændringer på op til tre kilometer på en grænse på mere end 660 kilometer ved hjælp af bølger, der kører gennem hele jorden og tilbage, er en inspirerende bedrift,” sagde seismolog Christina Hauser, adjunkt ved Tokyo Institute of Technology, Japan, som ikke var involveret i studiet.
Jordens struktur. Ujævnheden ved grænselaget i en dybde af 660 kilometer viser de antatte underjordiske bjerge. Kredit: Billede af Kyle McKernan, Princeton University Office of Communications.
For at se dybt ned i Jorden bruger forskere de mest kraftfulde bølger på planeten, som er genereret af jordskælv. Dybe stærke jordskælv kan sætte hele mantelen i bevægelse, og jordskælv med en styrke på 7,0 udbreder chokbølger gennem kernen til den anden side af planeten og tilbage.
For denne undersøgelse henvendte forskere sig til nøgledata om de bølger, der blev opdaget efter jordskælvet på 8,2 - det andet kraftigste på rekorden, som rystede Bolivia i 1994.
For at simulere den komplekse opførsel af bølgespredning i jordens dybder brugte seismologer Princeton University's Tiger-supercomputerklynge. Simuleringsteknologien afhænger af en grundlæggende egenskab ved bølger: deres evne til at ændre retning og sprette. Ligesom lysbølger kan reflekteres eller brydes, når de passerer gennem et prisme, rejser seismiske bølger direkte gennem homogene klipper, men reflekteres eller brydes ved grænsen til medierne. Således bærer deres spredning information om overfladevirregeligheder og dybe lag.
”Vi blev meget overrasket over de opnåede resultater. Den 660 kilometer lange grænse har stærkere topografi end Rocky Mountains eller Appalachians og er lige så kompliceret som det, vi ser på overfladen,”skriver undersøgelsesforfatterne.
Salgsfremmende video:
Udsigt til stenet bjerg fra Rocky Mountain National Park USA. Kredit: Stanislav Savin.
Den statistiske model tillader os ikke nøjagtigt at bestemme højden af bjergene, der findes i bjergdybderne, men det blev klart, at uregelmæssighederne er ujævnt fordelt, ligesom overfladen af jordskorpen har glatte områder af havbunden og høje bjerge. Forskerne studerede også et lag i en dybde på 410 kilometer i den øverste del af mantelens "overgangszone" og fandt ikke sådan en topografisk spredning.
De opnåede resultater viser, hvordan avancerede seismiske instrumenter har været for at opdage nye og uventede egenskaber ved jordlagene.
Hvad betyder det
Tilstedeværelsen af uregelmæssigheder ved den 660 kilometer lange grænse er vigtig for at forstå, hvordan vores planet blev dannet. Det udforskede lag deler mantlen, der udgør omkring 84 procent af Jordens volumen, i dets øvre og nedre dele. I årevis har geovidenskabsmænd drøftet, hvor vigtig denne grænse er. De undersøgte især, hvordan varme bevæger sig gennem mantlen.
Nogle geokemiske og mineralogiske beviser antyder en kemisk forskel mellem den øvre og den nedre mantel, hvilket understøtter tanken om, at de to sektioner ikke blandes termisk eller fysisk. Resultaterne tyder imidlertid på, at glattere regioner ved 660 km-grænsen kan være et resultat af omhyggelig lodret blanding, mens bjergområder kan være dannet, hvor blanding ikke forekommer.
Derudover kan de opdagede uregelmæssigheder teoretisk være forårsaget af termiske afvigelser eller kemiske uregelmæssigheder. Men på grund af omfordelingen af varme i mantlen, udjævnes enhver lille termisk anomali over en million år, hvilket kun efterlader kemiske forskelle.
Så hvad kunne have forårsaget den betydelige forskel i lagkemi? Forskere siger, at grunden til dette er forliset af klipper, der tidligere hørte til jordskorpen. Geofysikere har længe drøftet skæbnen for havbundspladerne, der skærer i mantelen i subduktionszoner rundt om i verden. Forskere spekulerer i, at resterne af disse gamle plader nu måske ligger lige over eller lige under den 660 kilometer lange grænse.
"Seismologi bliver spændende, når det giver os mulighed for bedre at forstå den indre struktur på vores planet både i rummet og i tiden," konkluderer undersøgelsesforfatterne.