Przełom w dziedzinie sejsmologii ujawnia oblicze świata pod naszymi stopami
Trzęsienia ziemi i erupcje wulkanów dobitnie przypominają o tym, że wydarzenia na powierzchni Ziemi są powiązane z procesami zachodzącymi w jej głębi. „Powodem występowania tych zjawisk jest to, że płaszcz, który rozpościera się w połowie drogi do środka Ziemi, porusza się”, wyjaśnia koordynatorka projektu ATUNE Arwen Deuss z Uniwersytetu w Utrechcie w Holandii. „Jeśli chcemy dowiedzieć się, dlaczego w niektórych miejscach dochodzi do naprawdę dużych erupcji wulkanicznych, to musimy wiedzieć, co dzieje się pod nami”.
Pomiar fal sejsmicznych
Aby uzmysłowić sobie, co zachodzi wewnątrz Ziemi, naukowcy tacy jak Deuss wykrywają i mierzą fale sejsmiczne powstałe wskutek trzęsień ziemi. „Fale te mogą rozchodzić się przykładowo z Nowej Zelandii aż do Europy”, mówi. „Sejsmometry w Europie rejestrują te fale w postaci sejsmogramu”. Deuss porównuje swoją pracę do „rezonansu magnetycznego mózgu” – z tą różnicą, że głową jest w tym przypadku nasza planeta. W wyniku skanowania fal sejsmicznych dowiadujemy się, jak szybko fale przemieszczają się we wnętrzu Ziemi. Fale o niskiej prędkości są zwykle oznaczone kolorem czerwonym, a o wysokiej – niebieskim. „Najpierw określamy, czy fale rozchodzą się szybko, czy wolno”, dodaje Deuss. „Następnie zakładamy, że fale poruszają się wolno, gdy przechodzą przez gorący materiał, ale może się okazać, że na prędkość fal wpływa nie tylko temperatura”.
Skupienie się na energii
Celem projektu ATUNE, wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, było poszerzenie naszej wiedzy o zjawiskach sejsmicznych poprzez opracowanie sposobu pomiaru nie tylko prędkości fal, ale także stopnia utraty energii – procesu zwanego tłumieniem. „Analogią, której lubię używać, mówiąc o tym zagadnieniu, jest bieganie”, mówi Deuss. „Jeśli na zewnątrz jest gorąco, nie da się biec bardzo szybko, zwalnia się, a także traci dużo energii. Podobnie sprawa ma się z falami sejsmicznymi. Ale wolne tempo i utrata energii mogą być również spowodowane innym czynnikiem pochłaniającym energię, jak bieganie po sypkim piasku – niekoniecznie musi to być temperatura”. Deuss wykorzystała skomplikowaną matematykę, aby określić, w którym miejscu płaszcza fale sejsmiczne traciły energię, a do przeprowadzenia obliczeń matematycznych wykorzystała bank superkomputerów. Pozwoliło jej to opracować model, który pokazuje, jak szybko rozprasza się energia z dużego trzęsienia ziemi w różnych regionach płaszcza. Model ten powinien w przyszłości pomóc sejsmologom uzyskać pełniejszy obraz złożonej dynamiki Ziemi.
Nieoczekiwane odkrycia
Zespół projektu dokonał też dodatkowego, niespodziewanego odkrycia. W dwóch masywnych regionach płaszcza o rozmiarach całych kontynentów, leżących pod Afryką i Pacyfikiem, Deuss udało się wykazać, że energia rozprasza się bardzo powoli. Obserwację tę można tłumaczyć większymi rozmiarami występujących tu kryształów mineralnych, które odgrywają istotną rolę stabilizującą. Pomaga to wyjaśnić na przykład, dlaczego wulkany znajdujące się nad tymi regionami, np. na Hawajach, pozostają w miejscu od setek milionów lat. „Regiony te wydają się działać jak kotwice płaszcza”, zauważa. „To może zmienić nasz sposób postrzegania tektoniki płyt”. W rzeczy samej, odkrycie to otworzyło przed Deuss nowe kierunki badań. Obecnie wraz z geologiem, wulkanologiem i geochronologiem pracują nad propozycją projektu, którego celem będzie lepsze zrozumienie, jak na przestrzeni czasu zmienia się nasz płaszcz. „Jako sejsmolog mogę tak naprawdę uchwycić zaledwie urywek dnia dzisiejszego”, wyjaśnia. „Jeśli jednak dodamy do tego historię i czas, a także uwzględnimy to, co dzieje się na powierzchni, wówczas będziemy mogli lepiej zrozumieć ewolucję naszej planety”.
Słowa kluczowe
ATUNE, wulkaniczny, trzęsienia ziemi, płaszcz, sejsmiczny, sejsmolog, energia
