Ερευνητές κατάλαβαν τι συμβαίνει με τα σεισμικά κύματα σε βάθος 3000 χιλιομέτρων

Σημαντική ανακάλυψη από το ETH Zurich έρχεται να φωτίσει ένα μυστήριο που απασχολούσε την επιστημονική κοινότητα για πάνω από μισό αιώνα: τη φύση της λεγόμενης «ζώνης Dʺ», που βρίσκεται περίπου 3000 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της Γης. Πρόκειται για μια περιοχή του μανδύα όπου τα σεισμικά κύματα επιταχύνονται ξαφνικά, φαινόμενο που ως τώρα δεν είχε επαρκή εξήγηση. Η νέα έρευνα δείχνει πως το στερεό πέτρωμα σε αυτά τα βάθη ρέει με τρόπο που θυμίζει υγρό, προκαλώντας ευθυγράμμιση των ορυκτών κρυστάλλων και εξηγώντας έτσι τη συμπεριφορά των σεισμικών κυμάτων.

Η έρευνα, με επικεφαλής τον Motohiko Murakami, καθηγητή Πειραματικής Ορυκτολογίας στο ETH Zurich, δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Communications Earth & Environment. Οι ερευνητές κατόρθωσαν να αναπαραγάγουν τις ακραίες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας του εσωτερικού της Γης σε ένα εργαστηριακό πείραμα, καταδεικνύοντας ότι το ορυκτό μετα-περοβσκίτης ευθυγραμμίζεται σε μία κατεύθυνση, προκαλώντας την επιτάχυνση των σεισμικών κυμάτων ακριβώς όπως παρατηρείται στην επίμαχη ζώνη.

Η ζώνη Dʺ ήταν εδώ και δεκαετίες ένα άλυτο αίνιγμα για τους γεωεπιστήμονες. Από το 2004, ο Murakami είχε διαπιστώσει πως το ορυκτό περοβσκίτης, βασικό συστατικό του κατώτερου μανδύα, μετατρέπεται σε μετά-περοβσκίτης υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση και θερμοκρασία. Αυτή η φάση του ορυκτού υποτίθεται ότι εξηγούσε τη διαφοροποίηση στην ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων. Όμως, το 2007 η ερευνητική ομάδα ανακάλυψε ότι η απλή μετάβαση φάσης δεν επαρκούσε ως εξήγηση.

Χρησιμοποιώντας προηγμένα υπολογιστικά μοντέλα, οι επιστήμονες διαπίστωσαν πως η ευθυγράμμιση των κρυστάλλων του μετά-περοβσκίτη σε μία ενιαία κατεύθυνση είναι αυτή που αλλάζει την «σκληρότητα» του υλικού και, συνεπώς, επηρεάζει την ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων. Το κρίσιμο ερώτημα, ωστόσο, ήταν τι προκαλεί αυτή την ευθυγράμμιση. Η απάντηση δόθηκε με την απόδειξη της οριζόντιας ροής στερεού πετρώματος στον μανδύα, μια μορφή μεταφοράς θερμότητας παρόμοια με αυτή που παρατηρείται στο νερό που βράζει.

Με αυτή την ανακάλυψη, η θεωρία της λεγόμενης «μεταφοράς μέσω ροής» στο στερεό μανδύα της Γης περνά από την υποθετική σφαίρα στην πραγματικότητα. Η κίνηση αυτή δεν είναι ρευστή, όπως συμβαίνει με τη λάβα, αλλά πραγματοποιείται στο στερεό πέτρωμα με εξαιρετικά αργό ρυθμό, παραμένοντας όμως συνεχής και καθοριστική για τις γεωδυναμικές διεργασίες.

Σύμφωνα με τον Murakami, η σημασία της ανακάλυψης ξεπερνά την απλή επίλυση ενός γεωλογικού μυστηρίου. Ανοίγει τον δρόμο για τη χαρτογράφηση των ρευμάτων στο βαθύτερο εσωτερικό της Γης και την καλύτερη κατανόηση του μηχανισμού που τροφοδοτεί φυσικά φαινόμενα όπως οι ηφαιστειακές εκρήξεις, η κίνηση των τεκτονικών πλακών και, πιθανώς, η δημιουργία του γήινου μαγνητικού πεδίου.

Πρόκειται για μια καμπή στην επιστήμη της γεωφυσικής, αφού πλέον οι ερευνητές έχουν στα χέρια τους ισχυρές αποδείξεις πως η Γη δεν είναι στατική στο εσωτερικό της. Αντίθετα, η δυναμική της επεκτείνεται πολύ βαθύτερα απ’ όσο φανταζόμασταν, υποδεικνύοντας πως το εσωτερικό της λειτουργεί ως ένας αόρατος κινητήρας που διαμορφώνει την επιφάνεια του πλανήτη μας.

[via]