ثبت با کیفیت‌ترین تصویر از درون کره زمین

یک تکنیک جدید می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا به عمق زمین نگاه کنند و به تازگی منجر به ثبت با کیفیت‌ترین تصاویر از داخل کره زمین شده است.

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، یک پروژه تحقیقاتی مشترک از بریتانیا به تازگی مطالعه‌ای را درباره یکی از ناشناخته‌ترین بخش‌های داخلی زمین یعنی مرز میان هسته و گوشته منتشر کرده است. آنها با تمرکز بر روی یک "ستون گوشته" بزرگ در زیر مجمع الجزایر هاوایی مشاهدات جالبی در مورد مرموزترین بخش‌های سیستم زمین‌شناسی کره زمین انجام داده‌اند.

ستون گوشته‌ای یا ستون جُبه‌ای(Mantle plume) ستون یا توده‌ای فرضی از سنگ‌های بسیار داغ موجود در گوشته زمین است که تا سطح زمین بالا آمده باشد. ستون‌های گوشته‌ای عامل ثانویه اتلاف حرارت از زمین به‌ شمار می‌آیند.

جریان همرفتی باعث بالا آمدن ستون‌های تنه‌مانندی از سنگ‌های گرم گوشته در بعضی نقاط می‌شود که تحت عنوان ستون گوشته‌ای معروف شده‌اند. مفهوم ستون گوشته‌ای بیشتر جنبه فرضیه‌ای دارد، زیرا هیچ گونه امکان برداشت و مشاهده مستقیم در این رابطه وجود ندارد. در همین رابطه تصور بر این است که ستون‌ها از بخش‌های قاعده گوشته بالا آمده و پس از آنکه به صورت ستون‌های باریک از تمامی گوشته عبور می‌کنند به قاعده سنگ‌کره دست می‌یابند.

در سست‌کره، سنگ‌های گوشته به صورت شعاعی پخش شده‌اند و در جهت‌های مختلف به صورت افقی حرکت می‌کنند. در عین حال یک حرکت خیلی آرام پایین‌رونده که در محل گوشته پخش است موادی را که توسط ستون‌ها بالا رفته‌اند، جایگزین می‌نماید. هیچ مشاهده مستقیمی دال بر موجودیت ستون‌های گوشته‌ای وجود ندارد، اما نقاط خاصی در لیتوسفر وجود دارند که می‌توان آنها را به ‌وجود ستون گوشته‌ای نسبت داد.

سست‌کره یا خمیر کره یا استنوسفر یا گوشته بالایی نیز لایه سنگ نرم و گرمادیده‌ای است که بلافاصله در زیر سنگ‌کره سخت قرار گرفته و اجازه می‌دهد کفه‌های سنگ‌کره در حدود سطح زمین به آهستگی حرکت کنند. این لایه از ۱۰۰ کیلومتری تا ۳۵۰ کیلومتری عمق ادامه دارد. این لایه زیر سنگ کره و بالای گوشته زیرین قرار دارد. این بخش از زمین حالت خمیری و نیمه جامد دارد. منشاء بیشتر آتشفشان‌ها و زمین لرزه‌ها به این قسمت مربوط است.

اکنون این تیم تحقیقاتی با استفاده از تکنیک‌های جدید تصویربرداری توانسته است بینش ارزشمندی در مورد این منطقه‌ی دارای سرعت بسیار پایین که در حدود ۳۰۰۰ کیلومتر زیر سطح زمین قرار دارد، به دست آورد.

ما تا به حال از تجزیه و تحلیل امواج لرزه‌ای که در زمین جریان دارند، می‌دانستیم که این منطقه وجود دارد و نام این منطقه(ها) از نحوه کند شدن امواج لرزه‌ای به هنگام عبور از آنها گرفته شده است.

تاکنون درک بیشتر آنها به دلیل تصاویر شبیه‌سازی شده ناواضح برای تجزیه و تحلیل دشوار بوده است. با این حال، این مطالعه جدید روی گوشته زیر هاوایی، تصاویر بسیار واضح‌تر و با کیفیت‌تری تولید کرده است.

"ژی لی" ژئوفیزیکدان دانشگاه "کمبریج" در بریتانیا و یکی از همکاران این مطالعه می‌گوید: از میان تمام ویژگی‌های داخلی عمیق زمین، این ها جذاب‌ترین و پیچیده‌ترین ویژگی‌ها هستند.

وی افزود: ما اکنون اولین شواهد محکمی را داریم که ساختار داخلی آنها را نشان می‌دهد. این یک نقطه عطف واقعی در لرزه‌شناسی اعماق زمین است.

این تیم تحقیقاتی برای ایجاد این تصاویر، مدل‌های محاسباتی جدیدی را توسعه دادند که سیگنال‌های فرکانس بالا را از منطقه مورد مطالعه می‌گیرند تا تصویری قابل درک تولید کنند. با استفاده از این تکنیک می‌توان دیدی در مقیاس کیلومتری با قدر وضوح بهتر از استفاده از تکنیک‌های معمولی ایجاد کرد.

اکنون امید است که بتوان از این تکنیک برای مطالعه مرز بین هسته آهن-نیکل زمین و گوشته اطراف آن برای درک بهتر یکی از موتورهای اصلی برای صفحات تکتونیک زمین، تشکیل آتشفشان‌ها و سایر فرآیندهای مرتبط مانند زلزله استفاده کرد.

در حال حاضر، اعتقاد بر این است که آهن اضافی در این مناطق غیرمعمول ممکن است چگالی اضافی ایجاد کند که در الگوهای امواج لرزه‌ای نشان داده می‌شود. مطالعه این منطقه خواه درست باشد یا نه، برای برخی از زمین‌شناسان اولویت اول است.

"سان کوتار" لرزه‌شناس دانشگاه "کمبریج" می‌گوید: این امکان وجود دارد که این ماده غنی از آهن، بقایای سنگ‌های باستانی از تاریخ اولیه زمین باشد یا حتی ممکن است آهن به دلیلی ناشناخته از هسته نشت کند.

ارتباط احتمالی بین مناطق بسیار کم سرعت و نقاط آتشفشانی

دیگر دانشمندان بر این باورند که ارتباطی بین مناطق با سرعت بسیار پایین و نقاط آتشفشانی مانند هاوایی و ایسلند وجود دارد. یک فرضیه این است که این نقاط داغ ممکن است ناشی از پرتاب مواد از هسته به سطح به نام "نقاط داغ گوشته" باشد.

این تکنیک جدید می‌تواند به ایجاد انقلابی در این حوزه کمک کند. با این حال، اکنون محققان بهتر می‌توانند بر روی تراوشات گدازه‌ای که بالای این نقاط داغ نشسته‌اند، تمرکز کنند تا به دنبال شواهدی مبنی بر به اصطلاح «نشت هسته‌ای» باشند.

در حالی که استفاده از داده‌های لرزه‌ای مناطق دارای سرعت بسیار پایین از برخی جهات به دلیل وقوع زلزله و مکان‌هایی که لرزه‌نگارها نصب شده‌اند، محدود می‌شود، این تیم بسیار مشتاق است که بهبود تصاویر و دسترسی به تصاویر با وضوح بالای خود را در دیگر بخش‌های عمیق زمین اعمال کند.

"کوانگدای لنگ" دانشمند داده از دانشگاه "آکسفورد" در بریتانیا می‌گوید: ما واقعاً محدودیت‌های محاسباتی با کارایی بالا را برای شبیه‌سازی‌های الاستودینامیک جابجا می‌کنیم و در این راه از تقارن‌های موجی که قبلاً مورد توجه یا استفاده نبوده‌اند، استفاده می‌کنیم.

این مطالعه برای اولین بار در مجله Nature Communications منتشر شد.