Seismologai priartėjo prie atsakymo: tyrimas atskleidžia, kaip juda giliausi Žemės sluoksniai
Tūkstančius kilometrų po mūsų kojomis, ten, kur gyvybės nėra, vyksta nuolatinis Žemės „spektaklis“. Nors kasdienybėje kalnai ir žemynai atrodo nekintami, geologiniu masteliu planeta yra dinamiška: jos sluoksniai juda, deformuojasi ir persitvarko milijonų metų laikotarpiu. Naujausi geologiniai tyrimai atskleidė, kas vyksta giliausiose mantijos srityse, visai prie ribos su skystuoju branduoliu, ir parodė, kad ten vis dar „gyvena“ senovinių tektoninių plokščių pėdsakai.
Didžiausia intriga siejama su apatiniu mantijos sluoksniu – milžiniška uolienų mase, sudarančia didžiąją dalį Žemės tūrio. Nors žemynų dreifas paviršiuje yra palyginti gerai ištirtas, procesai, vykstantys pačiose giliausiose mantijos dalyse, iki šiol buvo menkai suprantami. Šiuos klausimus nagrinėti ėmėsi Kalifornijos universiteto ir „Arizona State University“ mokslininkai, atlikę išskirtinio masto analizę.
Tyrėjai sutelkė dėmesį į zoną maždaug 2900 kilometrų gylyje – tiesiai virš branduolio ir mantijos ribos. Komanda, vadovaujama Jonathano Wolfo, išanalizavo milžinišką duomenų rinkinį, apimantį daugiau nei 16 milijonų seismogramų, surinktų iš 24 duomenų centrų visame pasaulyje. Tokia imtis leido sudaryti beveik 75 proc. žemiausios mantijos dalies vaizdą – gerokai tikslesnį nei bet kada anksčiau.
Planetos vidaus „rentgenas“
Pagrindinis raktas į šių gelmių supratimą – reiškinys, vadinamas seismine anizotropija. Jis reiškia, kad seismikos bangos (pavyzdžiui, sukeltos žemės drebėjimų) uolienose sklinda nevienodu greičiu priklausomai nuo krypties. Tai galima palyginti su važiavimu per lauką: lengviau judėti išilgai provėžų, o ne skersai jų. Žemės gelmėse tokias „provėžas“ sukuria mineralų deformacijos, atsirandančios dėl milžiniško slėgio ir temperatūros.
Nors teoriniai modeliai jau seniai numatė, kad apatinėje mantijoje turėtų būti tokių anomalijų, naujieji duomenys parodė, jog anizotropija aptinkama net maždaug dviejuose trečdaliuose tirtos teritorijos. Tai itin svarbu, nes leidžia netiesiogiai nustatyti medžiagos judėjimo kryptis ten, kur joks tiesioginis matavimo prietaisas nepasiekia. Jonathanas Wolfas pabrėžia, kad jei deformacijas viršutinėje mantijoje daugiausia lemia plokščių judėjimas paviršiuje, tai mechanizmas, valdantis srautus pačiame dugne, ilgą laiką buvo didžioji mįslė. Nauji rezultatai rodo, kad šis procesas turi aiškų išorinį „variklį“.
Senovinių tektoninių plokščių pėdsakai
Analizė atskleidė ryškią sąsają: stipriausia anizotropija fiksuojama ten, kur geologai identifikuoja buvusias plokščių susidūrimo ribas. Tokiose vietose subdukcijos metu tankesnės vandenyninės litosferos dalys buvo stumiamos gilyn į planetos vidų. Paaiškėjo, kad šios „plokštės-vaiduoklės“ ne tiesiog ištirpsta ir pranyksta – jos gali nusileisti iki pat branduolio ir mantijos ribos.
Šie nugrimzdę litosferos blokai deformuoja aplinkinę medžiagą, keičia jos struktūrą ir daro įtaką globaliam šilumos apytakos režimui. Mantijos judėjimas dažnai lyginamas su lavos lempa: iš branduolio kylanti šiluma kelia lengvesnes uolienas aukštyn, o vėsesnės leidžiasi žemyn. Vis dėlto tyrimas rodo, kad šis konvekcinis ciklas yra gerokai sudėtingesnis – jį formuoja ne tik temperatūrų skirtumai, bet ir fizinis senovinių vandenyninių plokščių „svoris“ bei jų įsiterpimas į giliausius sluoksnius.
Žmogaus pažinimo ribos
Nors atradimai įspūdingi, mokslininkai primena, kokios ribotos yra mūsų tiesioginės galimybės pasiekti planetos vidų. Giliausias žmogaus atliktas gręžinys – Kolos supergilusis gręžinys – siekė tik 12,26 kilometro. Lyginant su daugiau nei 6300 kilometrų Žemės spinduliu, tai tėra menkas įbrėžimas. Dėl to didžioji dalis žinių apie Žemės gelmes vis dar remiasi nuotoliniais metodais, pirmiausia seismikos bangų analize.
Geofizika, kaip teigia tyrėjai, artėja prie naujo etapo: pažangūs duomenų apdorojimo algoritmai ir pasaulinis jutiklių tinklas leidžia Žemę matyti kaip vientisą sistemą. Joje net ir nedidelis litosferos pokytis vandenyno dugne gali turėti pasekmių tūkstančiais kilometrų giliau – tik gerokai vėliau, per milijonus metų. Vienas ambicingiausių tikslų, kurį kelia tokie mokslininkai kaip Jonathanas Wolfas, – sudaryti išsamią pasaulinių srautų mantijoje schemą ir taip geriau suprasti ilgalaikę Žemės evoliuciją.
