Apatinė mantija yra storas ketvirtasis sluoksnis. (johan63 / iStock / Getty Images) Mokslininkai aptiko giliausią visų laikų žemės drebėjimą – stulbinantį 467 mylių (751 kilometro) gylyje žemiau Žemės paviršiaus.
Dėl tokio gylio žemės drebėjimas patenka į apatinę mantiją, kur seismologai tikėjosi žemės drebėjimų būti neįmanoma. Taip yra todėl, kad esant ekstremaliam slėgiui, uolos labiau linksta ir deformuojasi, nei lūžta dėl staigaus energijos išsiskyrimo.
Tačiau mineralai ne visada elgiasi tiksliai taip, kaip tikimasi, sakė Pamela Burnley, geomedžiagų profesorė iš Nevados universiteto Las Vegase, kuri nedalyvavo tyrime. Net esant slėgiui, kai jie turėtų virsti kitokiomis, mažiau drebėjimo būsenomis, jie gali išlikti senose konfigūracijose.
„Vien todėl, kad jie turėtų pasikeisti, dar nereiškia, kad jie pasikeis“, – „Live Science“ sakė Burnley. Taigi, ką žemės drebėjimas gali atskleisti, yra ribos viduje Žemė yra neaiškesni, nei jiems dažnai suteikiama nuopelnų.
Peržengus ribą
Apie žemės drebėjimą žurnale pirmą kartą buvo pranešta birželį Geofizinių tyrimų laiškai , buvo nedidelis po 7,9 balo žemės drebėjimo, 2015 m. sukrėtusio Bonino salas prie Japonijos žemyninės dalies. Arizonos universiteto seismologo Erico Kiserio vadovaujami mokslininkai drebėjimą aptiko naudodamiesi Japonijos seisminių stočių Hi-net masyve.
Masyvas yra galingiausia šiuo metu naudojama žemės drebėjimų aptikimo sistema, sakė tyrime nedalyvavęs Pietų Kalifornijos universiteto seismologas Johnas Vidale'as. Drebėjimas buvo nedidelis ir nebuvo juntamas paviršiuje, todėl jam surasti prireikė jautrių instrumentų.
Žemės drebėjimo gylį dar turi patvirtinti kiti tyrėjai, „Live Science“ sakė Vidale, tačiau radinys atrodo patikimas. „Jie atliko gerą darbą, todėl aš linkęs manyti, kad tai tikriausiai teisinga“, - sakė Vidale.
Dėl to žemės drebėjimas draskys galvą. Didžioji dauguma žemės drebėjimų yra sekli, kilusi iš Žemės plutos ir viršutinės mantijos per pirmuosius 100 km po paviršiumi.
Plutoje, kuri vidutiniškai tęsiasi tik apie 12 mylių (20 km), uolos yra šaltos ir trapios. Burnley teigimu, kai šios uolienos patiria stresą, jos gali tik šiek tiek susilenkti prieš lūžtant, išskirdamos energiją kaip susukta spyruoklė.
Giliau plutoje ir apatinėje mantijoje uolos yra karštesnės ir žemiau spaudimai , todėl jie mažiau linkę lūžti. Tačiau tokiame gylyje žemės drebėjimai gali įvykti, kai aukštas slėgis stumia skysčių užpildytas poras uolienose ir išstumia skysčius. Tokiomis sąlygomis uolos taip pat yra trapios, sakė Burnley.
Tokia dinamika gali paaiškinti žemės drebėjimus net 400 km gylyje, kuris vis dar yra viršutinėje mantijos dalyje. Tačiau net prieš 2015 m. Bonino posmūgį žemės drebėjimai buvo pastebėti apatinėje mantijos dalyje, iki maždaug 420 mylių (670 km).
Tie drebėjimai jau seniai buvo paslaptingi, sakė Burnley. Vandenį sulaikančiose uolienose esančios poros buvo suspaustos, todėl skysčiai nebeveikia.
„Manome, kad tokiame gylyje visas vanduo turėtų būti nuvarytas, ir tikrai esame toli, toli nuo vietos, kur matytume klasikinį trapų elgesį“, – sakė ji. „Tai visada buvo dilema“.
Didžiąją Žemės mantijos dalį sudaro mineralinis olivinas. (underworld111 / Getty Images)
Mineralų keitimas
Žemės drebėjimų, didesnių nei maždaug 249 mylių gylyje, problema yra susijusi su mineralų elgesiu esant slėgiui. Didžiąją planetos mantijos dalį sudaro mineralas, vadinamas olivinu, kuris yra blizgus ir žalias.
Maždaug 249 mylių žemyn, slėgis sukėlė olivino's atomai persitvarkyti į kitą struktūrą – melsvą mineralą, vadinamą vadsleyitu. Dar 62 mylių (100 km) giliau vadsleyitas vėl persitvarko į ringwooditą. Galiausiai, maždaug 423 mylių (680 km) gylyje mantijoje, ringwooditas skyla į du mineralus – bridgmanitą ir periklazę.
Žinoma, geomokslininkai negali zonduoti taip toli į Žemę, tačiau jie gali naudoti laboratorinę įrangą, kad atkurtų ekstremalų slėgį ir sukurtų šiuos pokyčius paviršiuje. Ir kadangi seisminės bangos skirtingai juda per skirtingas mineralų fazes, geofizikai gali pamatyti šių pokyčių požymius, žiūrėdami į didelių žemės drebėjimų sukeltas vibracijas.
Šis paskutinis perėjimas žymi viršutinės mantijos pabaigą ir apatinės mantijos pradžią. Šiose mineralinėse fazėse svarbu ne jų pavadinimai, o tai, kad kiekviena elgiasi skirtingai. Jis panašus į grafitą ir deimantus, sakė Burnley.
Abu yra pagaminti iš anglies , bet skirtingais susitarimais. Grafitas yra stabili forma Žemės paviršiuje, o deimantai yra forma, kuri yra stabili giliai mantijoje. Ir abu elgiasi labai skirtingai: grafitas yra minkštas, pilkas ir slidus, o deimantai – itin kieti ir skaidrūs.
Kadangi olivinas virsta aukštesnio slėgio frazėmis, jis labiau linkęs ir mažiau linkęs lūžti taip, kad sukeltų žemės drebėjimus.
Iki devintojo dešimtmečio geologus glumino žemės drebėjimai viršutinėje mantijos dalyje ir vis dar ne visi sutaria, kodėl jie ten vyksta. Burnley ir jos doktorantūros patarėjas mineralogas Harry Greenas buvo tie, kurie sugalvojo galimą paaiškinimą.
Devintajame dešimtmetyje eksperimentų metu pora išsiaiškino, kad olivino mineralinės fazės nebuvo tokios tvarkingos ir švarios. Kai kuriomis sąlygomis, pavyzdžiui, olivinas gali praleisti vatsleyito fazę ir pereiti tiesiai prie ringwoodito. Pereinant nuo olivino prie ringwoodito, esant pakankamam slėgiui, mineralas iš tikrųjų gali sulūžti, o ne sulenkti.
„Jei mano pavyzdyje neįvyktų jokia transformacija, jis nesuges“, – sakė Burnley. „Tačiau tą akimirką, kai įvyks transformacija ir aš tuo pat metu ją gniaužiau, ji nutrūks“.
Burnley ir Green apie savo atradimą pranešė 1989 m žurnale Gamta , o tai rodo, kad šis slėgis pereinamojoje zonoje gali paaiškinti žemės drebėjimus žemiau 249 mylių.
Einant gilyn
Tačiau naujasis Bonino žemės drebėjimas yra gilesnis nei ši pereinamoji zona. 467 mylių žemiau jis atsirado vietoje, kuri turėtų būti tiesiai apatinėje mantijoje.
Viena iš galimybių yra ta, kad riba tarp viršutinės ir apatinės mantijos tiesiog nėra ten, kur seismologai tikisi jos Bonino regione, sakė Pietų Kalifornijos universiteto geofizikė Heidi Houston, kuri nedalyvavo darbuose.
Teritorija prie Bonino salos yra a subdukcijos zona kur vandenyno plutos plokštė nardo po žemyninės plutos plokšte. Tokie dalykai linkę turėti deformuojantį poveikį.
„Tai sudėtinga vieta, mes tiksliai nežinome, kur yra ši riba tarp viršutinės ir apatinės mantijos“, – „Live Science“ sakė Houstonas.
Straipsnio autoriai teigia, kad subduktyvi plutos plokštė iš esmės galėjo pakankamai tvirtai nusėsti ant apatinės mantijos, kad ten esančios uolos patirtų didžiulį įtampą, sukurdamos pakankamai šilumos ir slėgio, kad sukeltų labai neįprastą lūžį.
Tačiau Burnley įtaria, kad labiausiai tikėtinas paaiškinimas yra susijęs su mineralais, kurie elgiasi blogai ar bent jau keistai.
Pasak jos, žemyninė pluta, besislenkanti link Žemės centro, yra daug vėsesnė nei aplinkinės medžiagos, o tai reiškia, kad šioje srityje esantys mineralai gali būti nepakankamai šilti, kad užbaigtų fazių pokyčius, kuriuos jie turėtų atlikti esant tam tikram slėgiui.
Vėlgi, deimantai ir grafitas yra geras pavyzdys, sakė Burnley. Deimantai nėra stabilūs Žemės paviršiuje, o tai reiškia, kad jie nesusiformuotų savaime, tačiau įsmeigus juos į sužadėtuvių žiedus, jie nevirsta į grafitą.
Taip yra todėl, kad anglies atomams reikia tam tikro energijos kiekio, kad persitvarkytų, o esant Žemės paviršiaus temperatūrai, tos energijos nėra. (Nebent kas nors supjausto deimantą rentgeno lazeriu .)
Kažkas panašaus gali nutikti gylyje su olivinu, sakė Burnley. Mineralas gali būti pakankamai spaudžiamas, kad virstų netrapia faze, bet jei jis per šaltas – tarkime, dėl milžiniškos vėsios žemyninės plutos aplink jį – jis gali likti olivininis.
Tai gali paaiškinti, kodėl žemės drebėjimas gali kilti apatinėje plutos dalyje: ten tiesiog nėra taip karšta, kaip mokslininkai tikisi.
„Mano bendras mąstymas yra toks, kad jei medžiaga yra pakankamai šalta, kad sukauptų pakankamai įtampos, kad staiga ją išlaisvintų žemės drebėjimo metu, ji taip pat pakankamai šalta, kad olivinas įstrigtų savo olivino struktūroje“, - sakė Burnley.
Kad ir kokia būtų žemės drebėjimo priežastis, tikėtina, kad jis nepasikartos dažnai, sakė Hiustonas. Tik maždaug pusė subdukcijos zonų visame pasaulyje net patiria gilius žemės drebėjimus, o prieš šį itin gilų drebėjimą įvyksta vidutiniškai tik kas dvejus ar penkerius metus.
„Tai gana retas atvejis“, – sakė ji.
Susijęs turinys:
10 būdų, kaip Žemė atskleidė savo keistumą
Šį straipsnį iš pradžių paskelbė Gyvas mokslas . Skaityti originalus straipsnis čia .