Πολλοί άνθρωποι φαντάζονται τον εσωτερικό μανδύα της Γης ως ξεχωριστά στρώματα στοιβαγμένα το ένα πάνω στο άλλο, σαν ένα στρωμένο κέικ, με κάθε στρώμα να αντιπροσωπεύει ένα πιάτο. Στην πραγματικότητα, αυτές οι εσωτερικές ζώνες είναι περίπλοκες και συχνά γεμάτες εκπλήξεις.
Οι σεισμολόγοι έχουν βασιστεί σε συγκεκριμένους τύπους σεισμικών κυμάτων για να μάθουν για το υπέδαφος της Γης, αλλά τώρα μια διαφορετική τεχνική δίνει μια πολύ πιο λεπτομερή εικόνα.
Αυτή η νέα προοπτική οδήγησε τους επιστήμονες να αναρωτηθούν αν υπάρχει κρυμμένο υλικό σε μέρη που κάποτε πίστευαν ότι ήταν άδεια.
Κατανόηση του μανδύα της Γης – τα βασικά
Ο μανδύας της Γης είναι το παχύ στρώμα βράχου που βρίσκεται μεταξύ του φλοιού του πλανήτη και του πυρήνα του. Εκτείνεται σε βάθος περίπου 1.800 μιλίων (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 ως επί το πλείστον στερεό, αλλά συμπεριφέρεται σαν ένα παχύρρευστο, βραδείας ροής υγρό για μεγάλες χρονικές περιόδους.
Αυτή η ροή είναι που οδηγεί την κίνηση των τεκτονικών πλακών στην επιφάνεια της Γης, προκαλώντας σεισμούς, ηφαιστειακές εκρήξεις και μετατόπιση των ηπείρων.
Η θερμότητα από τον πυρήνα της Γης προκαλεί ρεύματα μεταφοράς στον μανδύα, όπου το θερμό υλικό ανεβαίνει, ψύχεται κοντά στον φλοιό και στη συνέχεια βυθίζεται πίσω, δημιουργώντας έναν συνεχή κύκλο. Αυτή η διαδικασία παίζει βασικό ρόλο στη διαμόρφωση της επιφάνειας του πλανήτη.
Τεκτονικές πλάκες στον μανδύα της Γης
Η ανακάλυψη προέρχεται από τη χρήση μιας μεθόδου υψηλής ανάλυσης που ονομάζεται αντιστροφή πλήρους κυματομορφής. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αυτήν την προσέγγιση για να ερμηνεύσουν κάθε τύπο σεισμικού κύματος που παράγεται από τους σεισμούς, αντί να εστιάζουν μόνο σε ένα είδος.
Εξαιτίας αυτού, μπορούν να δημιουργήσουν ένα πιο ακριβές μοντέλο των εσωτερικών δομών της Γης.
Μετά την εφαρμογή αυτής της μεθόδου στον κάτω μανδύα, οι ερευνητές είδαν τσέπες που φαίνεται να είναι υπολείμματα πλάκας σε περιοχές χωρίς γνωστό ιστορικό καταβύθισης.
Μετά την ανάλυσή τους, ξαφνιάστηκαν από το πόσο συνηθισμένες φαινόταν να είναι αυτές οι κρυφές ανωμαλίες.
Αυτή η εργασία καθοδηγήθηκε από μια ομάδα που περιλαμβάνει τον διδακτορικό φοιτητή Thomas Schouten από το Γεωλογικό Ινστιτούτο του ETH Ζυρίχης, ο οποίος συνεργάστηκε με ειδικούς από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια.
Οι συνδυασμένες προσπάθειές τους έφεραν νέες γνώσεις που αμφισβητούν τις υποθέσεις σχετικά με το πού θα μπορούσαν να κατοικούν παλιά υπολείμματα τεκτονικών πλακών στη Γη.
Ερμηνεία σεισμικών σημάτων
Για να κατανοήσουμε πώς έφτασαν οι ερευνητές εδώ, βοηθάει να θυμόμαστε πώς λειτουργούν τα σεισμικά κύματα. Όταν χτυπάει ένας σεισμός, στέλνει κύματα που ακτινοβολούν προς όλες τις κατευθύνσεις.
Αυτά τα κύματα αναπηδούν, λυγίζουν και μετατοπίζονται καθώς ταξιδεύουν στον πλανήτη. Με τον ίδιο περίπου τρόπο που οι γιατροί χρησιμοποιούν τεχνικές ιατρικής απεικόνισης, οι γεωφυσικοί μετρούν το χρόνο που χρειάζονται αυτά τα κύματα για να φτάσουν σε διάφορους σεισμικούς σταθμούς σε όλο τον κόσμο.
Χρησιμοποιώντας ένα νέο μοντέλο, οι ερευνητές αποκαλύπτουν ζώνες στον κάτω μανδύα της Γης όπου τα σεισμικά κύματα ταξιδεύουν πιο αργά (κόκκινο) ή πιο γρήγορα (μπλε). Η μεγάλη μπλε ζώνη στον δυτικό Ειρηνικό (ακριβώς πάνω από το κέντρο της εικόνας) ήταν προηγουμένως άγνωστη.
Χρησιμοποιώντας ένα νέο μοντέλο, οι ερευνητές αποκαλύπτουν ζώνες στον κάτω μανδύα της Γης όπου τα σεισμικά κύματα ταξιδεύουν πιο αργά (κόκκινο) ή πιο γρήγορα (μπλε). Η μεγάλη μπλε ζώνη στον δυτικό Ειρηνικό (ακριβώς πάνω από το κέντρο της εικόνας) ήταν προηγουμένως άγνωστη.
Η ταχύτητα αυτών των σημάτων αποκαλύπτει λεπτομέρειες σχετικά με την πυκνότητα και την ακαμψία των πετρωμάτων. Τα προηγούμενα χρόνια, οι επιστήμονες βασίζονταν σε μεγάλο βαθμό σε συγκεκριμένες σεισμικές φάσεις.
Ωστόσο, εξετάζοντας όλα τα διαθέσιμα δεδομένα κυμάτων, εντοπίστηκαν νέα σχήματα και πυκνότητες από τον κάτω μανδύα της Γης.
Γιατί είναι σημαντικός ο μανδύας της Γης;
Κατά τη διάρκεια εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, πλάκες έχουν σχηματιστεί, μετατοπιστεί και βυθιστεί πίσω στο εσωτερικό της Γης. Αυτή η ποδηλασία παίζει ρόλο στον έλεγχο φαινομένων όπως ο σχηματισμός ηφαιστείων, οι σεισμοί και η αργή μετατόπιση των ηπείρων.
Οι ερευνητές γνώριζαν από καιρό ότι οι πλάκες από καταβυθισμένες πλάκες συγκεντρώνονται κάτω από περιοχές όπου μια τεκτονική πλάκα γλιστρά κάτω από μια άλλη.
Οπότε προκάλεσε έκπληξη όταν οι νέες εικόνες αποκάλυψαν μεγάλες πλάκες κάτω από τους ωκεανούς και τους ηπειρωτικούς εσωτερικούς χώρους που δεν έχουν ξεκάθαρο ιστορικό συγκρούσεων πλακών.
Αυτό σηματοδοτεί μια πιθανή επιπλοκή στην κατανόησή μας για το πώς εξελίσσονται οι πλάκες και πού καταλήγουν.
Μυστηριώδες πιάτο κάτω από τον Ειρηνικό Ωκεανό
Μια από τις μεγαλύτερες εκπλήξεις ήταν σε μια ζώνη κάτω από τον δυτικό Ειρηνικό. Σύμφωνα με τα τρέχοντα χρονοδιαγράμματα τεκτονικών πλακών, δεν υπάρχει λόγος να υπάρχουν παλιά θραύσματα πλακών.
«Προφανώς, τέτοιες ζώνες στον μανδύα της Γης είναι πολύ πιο διαδεδομένες από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως», είπε ο Schouten.
Δεν υπάρχουν γεωλογικά δεδομένα που να δείχνουν ιστορική καταβύθιση κοντά. Αυτό δείχνει ότι οι ανωμαλίες μπορεί να μην είναι καθόλου κομμάτια πλακών, ή τουλάχιστον όχι με τον τρόπο που αρχικά φαντάζονταν οι επιστήμονες.
Θα μπορούσε να είναι κάτι άλλο;
Οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν τώρα ερωτήματα σχετικά με την προέλευση και τη φύση αυτών των δομών.
Μερικοί λένε ότι μπορεί να είναι αρχαίοι, πλούσιοι σε πυρίτιο θύλακες που έχουν απομείνει από τον πρώιμο μανδύα. Άλλοι προτείνουν ότι μπορεί να είναι πλούσιες σε σίδηρο συσσωρεύσεις που έχουν παρασυρθεί σε δισεκατομμύρια χρόνια.
O Schouten εξήγησε ότι το νέο μοντέλο αποκαλύπτει ανωμαλίες σε όλο το εσωτερικό της Γης, αλλά τα ακριβή υλικά ή θραύσματα πλάκας που ευθύνονται για αυτά τα μοτίβα παραμένουν ασαφή.
Αυτή η αβεβαιότητα υποδηλώνει ένα πιο ποικίλο φάσμα συνθέσεων στον μανδύα της Γης από ό,τι είχε προηγουμένως κατανοηθεί.
Επόμενα βήματα για βαθύτερη κατανόηση
Η αντιστροφή πλήρους κυματομορφής είναι ένα πολλά υποσχόμενο εργαλείο για αυτές τις έρευνες, αλλά προσφέρει μόνο μια άποψη του πόσο γρήγορα ή αργά τα κύματα κινούνται μέσα στο υλικό.
Οι ερευνητές λένε ότι χρειάζονται περαιτέρω βελτίωση για να ξεκαθαρίσουν τις χημικές και θερμικές διαφορές.
Ορισμένοι στρέφονται σε πρόσθετα σύνολα δεδομένων, συμπεριλαμβανομένων ηλεκτρομαγνητικών σημάτων και δεδομένων από πειράματα ορυκτής φυσικής.
Ο συνδυασμός αυτών των μεθόδων θα μπορούσε να υπογραμμίσει εάν αυτές οι «κηλίδες» του μανδύα προέρχονται από αρχέγονη προέλευση, από ανακυκλωμένο ωκεάνιο φλοιό ή από κάτι εντελώς άλλο.
Επιπτώσεις για την τεκτονική πλακών
Εάν οι επιστήμονες επιβεβαιώσουν ότι υπάρχουν περισσότερες ζώνες σαν αυτές στα βάθη της Γης, ίσως χρειαστεί να προσαρμόσουν πολλές θεωρίες σχετικά με το πώς η θερμότητα κινείται στον πλανήτη.
Τέτοιες κρυφές ζώνες μπορεί να αλλάξουν τα μοτίβα της μεταφοράς και το σχηματισμό λοφίων του μανδύα.
Η ιστορία της τεκτονικής πλακών θα μπορούσε επίσης να δει ενημερώσεις, με νέα κεφάλαια σχετικά με το πώς τα θραύσματα των πλακών περιπλανώνται και μεταμορφώνονται με τρόπους που δεν είχαν τεκμηριωθεί προηγουμένως. Αυτές οι ανακαλύψεις μάς υπενθυμίζουν ότι η γεωεπιστήμη, όπως κάθε επιστήμη, δεν είναι ποτέ διευθετημένη.
Η αναζήτηση συνεχίζεται
Στο μέλλον, βελτιωμένοι υπερυπολογιστές μπορεί να συνθλίψουν ακόμη μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων για να παράγουν σαφέστερες εικόνες του κατώτερου μανδύα της Γης και των δομών της πλάκας. Αυτό θα μπορούσε να επιλύσει συζητήσεις σχετικά με την πραγματική φύση αυτών των μυστηριωδών ανωμαλιών.
Ενσωματώνοντας διάφορες προσεγγίσεις –σεισμικές, χημικές και υπολογιστικές– οι επιστήμονες της Γης θα συνεχίσουν να αποκαλύπτουν κομμάτια της κρυμμένης πολυπλοκότητας του πλανήτη μας.
Όπως έδειξε η ομάδα του Schouten, μερικές φορές το να βλέπουμε ολόκληρη την εικόνα σημαίνει να κοιτάμε πέρα από αυτό που νομίζουμε ότι ήδη γνωρίζουμε.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο Scientific Reports.
