Alle Schüler wissen, dass der Planet Erde in drei (oder vier) große Schichten unterteilt ist: Kruste, Mantel und Kern. Im Allgemeinen trifft dies zu, obwohl diese Verallgemeinerung nicht mehrere zusätzliche Schichten berücksichtigt, die von Wissenschaftlern definiert wurden, von denen eine beispielsweise eine Übergangsschicht innerhalb des Mantels ist.
In einer am 15. Februar 2019 veröffentlichten Studie verwendeten die Geophysikerin Jessica Irving und der Student Wenbo Wu von der Princeton University in Zusammenarbeit mit Sidao Ni vom Geodätischen und Geophysikalischen Institut in China Daten aus dem massiven Erdbeben von 1994 in Bolivien Berge und andere topografische Elemente auf der Oberfläche der Übergangszone tief im Mantel. Diese Schicht, die sich in einer Tiefe von 660 Kilometern unter der Erde befindet, trennt den oberen und unteren Teil des Mantels (ohne einen formalen Namen für diese Schicht nannten die Forscher sie einfach „660 km Grenze“).
Um so tief in den Untergrund zu „schauen“, verwendeten die Wissenschaftler die stärksten Wellen der Welt, die durch starke Erdbeben verursacht wurden. "Sie brauchen ein starkes und tiefes Erdbeben, um den Planeten zu erschüttern", sagte Jessica Irving, Assistenzprofessorin für Geophysik.
Große Erdbeben sind viel stärker als gewöhnliche - deren Energie sich mit jedem weiteren Schritt auf der Richterskala um das 30-fache erhöht. Irving erhält seine besten Daten von Erdbeben mit einer Stärke von 7,0 und höher, da die von solch starken Erdbeben gesendeten seismischen Wellen in verschiedene Richtungen divergieren und durch den Kern auf die andere Seite des Planeten und zurück gelangen können. Für diese Studie wurden Schlüsseldaten von seismischen Wellen erhalten, die von einem Erdbeben der Stärke 8,3 aufgezeichnet wurden - dem zweittiefsten Erdbeben, das jemals von Geologen aufgezeichnet wurde -, das Bolivien 1994 schockierte.
„Erdbeben dieser Größenordnung kommen nicht oft vor. Wir sind sehr glücklich, dass heute weltweit viel mehr Seismometer installiert sind als vor 20 Jahren. Die Seismologie hat sich in den letzten 20 Jahren dank neuer Tools und Computerfunktionen ebenfalls dramatisch verändert.
Seismologen und Datenanalysten verwenden Supercomputer wie den Princeton Tiger Cluster Supercomputer, um das komplexe Verhalten der Streuung seismischer Wellen tief im Untergrund zu simulieren.
Technologien basieren auf den grundlegenden Eigenschaften von Wellen: ihrer Fähigkeit zu reflektieren und zu brechen. Genau wie Lichtwellen können sie von einem Spiegel abprallen (reflektieren) oder sich biegen (brechen), wenn sie durch ein Prisma laufen, seismische Wellen passieren homogene Gesteine, werden jedoch reflektiert oder gebrochen, wenn sie auf unebene Oberflächen im Pfad treffen.
„Wir wissen, dass fast alle Objekte eine unebene Oberfläche haben und daher Licht streuen können“, sagte Wenbo Wu, der Hauptautor dieser Studie, der kürzlich in Geonomie promoviert hat und derzeit am California Institute of Technology ein Postdoktorat absolviert. „Dank dieser Tatsache können wir diese Objekte„ sehen “- Streuwellen enthalten Informationen über die Rauheit der Oberflächen, denen sie auf ihrem Weg begegnen. In dieser Studie haben wir die Streuung seismischer Wellen untersucht, die sich tief im Erdinneren ausbreiten, um die Unregelmäßigkeiten der gefundenen 660 km-Grenze zu bestimmen. "
Die Forscher waren überrascht, wie uneben diese Grenze ist - sogar mehr als die Oberflächenschicht, auf der wir leben. "Mit anderen Worten, diese unterirdische Schicht hat eine kompliziertere Topographie als die Rocky Mountains oder das Appalachen-Gebirgssystem", sagte Wu. Ihr statistisches Modell war nicht in der Lage, die genauen Höhen dieser unterirdischen Berge zu bestimmen, aber es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sie viel höher sind als alles auf der Erdoberfläche. Wissenschaftler bemerkten auch, dass die 660 Kilometer lange Grenze ebenfalls ungleichmäßig verteilt ist. So wie die Bodenschicht an einigen Stellen eine glatte Meeresoberfläche und an anderen Stellen massive Berge aufweist, weist die 660 km lange Grenze auch unebene Zonen und glatte Schichten auf. Die Forscher untersuchten auch die unterirdischen Schichten in einer Tiefe von 410 Kilometern und über der mittleren Schicht des Mantels, konnten jedoch keine ähnliche Rauheit dieser Oberflächen feststellen.
"Sie fanden heraus, dass die 660 km lange Grenze so komplex ist wie die Erdoberfläche", sagte die Seismologin Kristina Hauser, eine Assistenzprofessorin am Tokyo Institute of Technology, die an dieser Studie nicht beteiligt war. „Die Verwendung von seismischen Wellen, die durch starke Erdbeben erzeugt wurden, um den Höhenunterschied von 3 km im 660 Kilometer tiefen Untergrund zu ermitteln, ist eine unvorstellbare Leistung. ... Ihre Entdeckungen bedeuten, dass wir in Zukunft mithilfe komplexerer seismischer Werkzeuge bisher unbekannte, unauffällige Signale erkennen können das wird uns neue Eigenschaften der inneren Schichten unseres Planeten offenbaren. “
Die Seismologin Jessica Irving, eine Assistenzprofessorin für Geophysik, besitzt zwei Meteoriten aus der Sammlung der Princeton University, die Eisen enthalten und angeblich Teil des Planeten Erde sind.
Foto aufgenommen von Denis Appelwight.Was bedeutet das?Das Vorhandensein unebener Oberflächen an der 660 km langen Grenze ist wichtig, um zu verstehen, wie unser Planet geformt ist und funktioniert. Diese Schicht teilt den Mantel, der etwa 84 Prozent des Volumens unseres Planeten ausmacht, in obere und untere Abschnitte. Seit Jahren diskutieren Geologen, wie wichtig diese Grenze ist. Insbesondere untersuchten sie, wie Wärme durch den Mantel transportiert wird - und ob sich erhitzte Gesteine von der Gutenberg-Grenze (der Schicht, die den Mantel in einer Tiefe von 2900 Kilometern vom Kern trennt) bis zur Spitze des Mantels bewegen oder ob diese Bewegung an der 660 km-Grenze unterbrochen wird. Einige geochemische und mineralogische Daten legen nahe, dass die obere und die untere Schicht des Mantels unterschiedliche chemische Zusammensetzungen aufweisen, was die Idee stützt, dass sich beide Schichten weder thermisch noch physikalisch vermischen. Andere Beobachtungen legen nahe, dass die obere und die untere Schicht des Mantels keinen chemischen Unterschied aufweisen, was zu einer Debatte über den sogenannten „gut gemischten Mantel“ führt, bei dem beide Schichten des Mantels an einem benachbarten Wärmeübertragungszyklus beteiligt sind.
"Unsere Studie bietet eine neue Perspektive auf diese Debatte", sagte Wenbo Wu. Aus dieser Studie geht hervor, dass beide Seiten teilweise recht haben können. Durch vorsichtiges vertikales Mischen können glattere Schichten der 660 km-Grenze gebildet werden, wobei ungleichmäßigere Gebirgszonen an einer Stelle gebildet werden könnten, an der das Mischen der oberen und unteren Schichten des Mantels ebenfalls nicht reibungslos verlief.
Darüber hinaus wurde von Forschern in großem, mittlerem und kleinem Maßstab eine Schichtrauheit an der gefundenen Grenze entdeckt, die theoretisch durch thermische Anomalien oder chemische Heterogenität verursacht werden könnte. Aufgrund der Wärmeübertragung im Mantel, erklärt Wu, wäre jede kleine thermische Anomalie über mehrere Millionen Jahre hinweg geglättet worden. Somit kann nur chemische Heterogenität die Rauheit dieser Schicht erklären.
Was könnte eine so signifikante chemische Heterogenität verursachen? Zum Beispiel das Auftreten von Gestein in den Mantelschichten, die zur Erdkruste gehörten und sich dort viele Millionen Jahre lang bewegten. Wissenschaftler haben lange über das Schicksal von Platten auf dem Meeresboden gestritten, die in Subduktionszonen, die um den Pazifik und in anderen Teilen der Welt kollidieren, in den Mantel gedrückt werden. Weibo Wu und Jessica Irving schlagen vor, dass sich die Überreste dieser Platten jetzt über oder unter der 660 Kilometer langen Grenze befinden könnten.
„Viele Menschen glauben, dass es ziemlich schwierig ist, die innere Struktur des Planeten und seine Veränderungen in den letzten 4,5 Milliarden Jahren zu untersuchen, wenn nur Daten von seismischen Wellen verwendet werden. Aber das ist weit davon entfernt! ", Sagte Irving.„ Diese Studie hat uns neue Informationen über das Schicksal der alten tektonischen Platten gegeben, die viele Milliarden Jahre lang in den Mantel hinabgestiegen sind. "
Am Ende fügte Irving hinzu: „Ich glaube, dass die Seismologie am interessantesten ist, wenn sie uns hilft, die innere Struktur unseres Planeten in Raum und Zeit zu verstehen.“
Vom Autor der Übersetzung: Ich wollte immer versuchen, einen populärwissenschaftlichen Artikel aus dem Englischen ins Russische zu übersetzen, aber ich hatte nicht erwartet, wie schwierig es war. Großer Respekt für diejenigen, die regelmäßig und qualitativ Artikel über Habré übersetzen. Um den Text professionell zu übersetzen, müssen Sie nicht nur Englisch sprechen, sondern auch das Thema selbst verstehen, indem Sie Quellen von Drittanbietern studieren. Fügen Sie einen kleinen "Knebel" hinzu, um natürlicher zu klingen, aber auch um es nicht zu übertreiben, um den Artikel nicht zu verderben. Vielen Dank fürs Lesen :)