Simüle edilmiş koşullar altında termal (alt), kimyasal (orta) ve termokimyasal evrimi gösteren, zaman içinde Dünya’nın iç kısmının evriminin bir simülasyonu. Her alanın alt kısmı çekirdek-manto sınırıdır. Açık mavi bölgelerin uçlarında oluşan üst ve orta alanlarda ultra düşük hız bölgeleri görülebilir. Kredi bilgileri: Surya Pachhai

Dünyanın derinliklerine, kabuk ve mantodan neredeyse çekirdeğe kadar bir yolculuğa çıkalım. Bir depremin ardından gezegende yankılandıkları ve radar dalgaları gibi iç yapısını ortaya çıkardıkları için, yolu göstermek için sismik dalgaları kullanacağız.

Çekirdeğin yakınında, sismik dalgaların yavaş yavaş süründüğü bölgeler var. Utah Üniversitesi’nden yapılan yeni araştırma, bu esrarengiz ve tanımlayıcı olarak adlandırılan ultra düşük hız bölgelerinin şaşırtıcı bir şekilde katmanlı olduğunu buluyor. Modelleme, bu bölgelerin bazılarının, erken Dünya’yı şekillendiren süreçlerden arta kalanlar – bir kase hamurun dibindeki un yığınları gibi eksik karıştırma kalıntıları – olabileceğini düşündürmektedir.

Jeoloji ve Jeofizik Bölümü’nde doçent olan Michael S. Thorne, “Derin mantoda bildiğimiz tüm özellikler arasında, ultra düşük hız bölgeleri muhtemelen en uç noktaları temsil ediyor” diyor. “Aslında bunlar gezegenin herhangi bir yerinde bulunan en uç özelliklerden bazıları.”

Çalışma şurada yayınlandı: Doğa Jeolojisi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilmektedir.

manto içine

Dünyanın içinin nasıl yapılandırıldığını gözden geçirelim. İnce bir katı kaya tabakası olan kabuk üzerinde yaşıyoruz. Yerkabuğu ile gezegenin merkezindeki demir-nikel çekirdek arasında manto bulunur. Bu bir lav okyanusu değil – bunun yerine daha çok katı kayaya benziyor, ancak sıcak ve yüzeyde levha tektoniğini harekete geçiren hareket kabiliyetine sahip.

Mantoda ve çekirdekte neler olduğu hakkında nasıl bir fikrimiz olabilir? Sismik dalgalar. Bir depremden sonra Dünya’da dalgalanırken, yüzeydeki bilim adamları, dalgaların dünyanın dört bir yanındaki izleme istasyonlarına nasıl ve ne zaman ulaştığını ölçebilirler. Bu ölçümlerden, farklı yoğunluktaki katmanlar da dahil olmak üzere, Dünya içindeki yapılar tarafından dalgaların nasıl yansıtıldığını ve saptırıldığını geri hesaplayabilirler. Kabuk, manto ve çekirdek arasındaki sınırların nerede olduğunu bu şekilde biliyoruz – ve kısmen de bunların neyden yapıldığını biliyoruz.

Ultra düşük hız bölgeleri, sıvı metal dış çekirdeğin üstünde, mantonun dibinde bulunur. Bu bölgelerde sismik dalgalar yarı yarıya yavaşlar ve yoğunluk üçte bir oranında artar.

Bilim adamları başlangıçta bu bölgelerin mantonun kısmen eridiği alanlar olduğunu ve İzlanda gibi “sıcak nokta” olarak adlandırılan volkanik bölgeler için magmanın kaynağı olabileceğini düşündüler.

Thorne, “Fakat ultra düşük hız bölgeleri dediğimiz şeylerin çoğu, sıcak nokta yanardağlarının altında yer almıyor gibi görünüyor,” diyor, “bu yüzden hikayenin tamamı bu olamaz.”

So Thorne, doktora sonrası araştırmacı Surya Pachhai ve meslektaşları Avustralya Ulusal Üniversitesi, Arizona Eyalet Üniversitesi ve Calgary Üniversitesi, alternatif bir hipotezi araştırmaya koyuldular: ultra düşük hız bölgeleri, mantonun geri kalanından farklı kayalardan yapılmış bölgeler olabilir ve bunların bileşimi, Dünya’nın erken dönemlerine kadar uzanabilir.

Thorne, belki de, ultra düşük hız bölgelerinin, yüzeyde pas olarak gördüğümüz, ancak derin mantoda bir metal gibi davranabilen demir oksit koleksiyonları olabileceğini söylüyor. Durum buysa, çekirdeğin hemen dışındaki demir oksit cepleri, Dünya’nın hemen altında oluşturulan manyetik alanını etkileyebilir.

Pachhai, “Ultra düşük hız bölgelerinin fiziksel özellikleri, kökenleriyle bağlantılıdır,” diyor ve “bu da Dünya’nın en alt mantosunun termal ve kimyasal durumu, evrimi ve dinamikleri hakkında önemli bilgiler sağlıyor – manto konveksiyonunun önemli bir parçası. levha tektoniği.”

Tersine mühendislik sismik dalgaları

Net bir resim elde etmek için araştırmacılar, Avustralya ve Yeni Zelanda arasındaki Mercan Denizi’nin altındaki ultra düşük hız bölgelerini incelediler. Bölgedeki, çekirdek-manto sınırının yüksek çözünürlüklü sismik resmini sağlayan çok sayıda deprem nedeniyle ideal bir konumdur. Umut, yüksek çözünürlüklü gözlemlerin, ultra düşük hız bölgelerinin nasıl bir araya getirildiği hakkında daha fazla şey ortaya çıkarabilmesiydi.

Ancak yaklaşık 1800 millik kabuk ve mantodan bir şeyin sismik görüntüsünü elde etmek kolay değil. Aynı zamanda her zaman kesin değildir – kalın bir düşük hızlı malzeme tabakası, sismik dalgaları daha düşük hızlı bir malzemeden oluşan ince bir tabaka ile aynı şekilde yansıtabilir.

Bu yüzden ekip tersine mühendislik yaklaşımı kullandı.

Pachhai, “Ultra düşük dalga hızı azaltmaları içeren bir Dünya modeli oluşturabiliriz” diyor ve “sonra, eğer Dünya gerçekte böyle görünüyorsa, bize sismik dalga biçimlerinin nasıl görüneceğini söyleyen bir bilgisayar simülasyonu çalıştırabiliriz. Bir sonraki adımımız, bu tahmin edilen kayıtları elimizdeki kayıtlarla karşılaştırmak.”

Yüzbinlerce model çalıştırıldığında, “Bayes inversiyonu” adı verilen yöntem, modeldeki farklı varsayımların belirsizliklerini ve değiş tokuşlarını iyi bir şekilde anlayan matematiksel olarak sağlam bir iç model verir.

Araştırmacıların yanıtlamak istediği belirli bir soru, ultra düşük hız bölgelerinde katmanlar gibi iç yapıların olup olmadığıdır. Modellere göre cevap, katmanların oldukça olası olduğudur. Bu çok önemli çünkü bu bölgelerin nasıl oluştuğunu anlamanın yolunu gösteriyor.

Pachhai, “Bildiğimiz kadarıyla, bu, ultra düşük hız bölgelerini araştırmak için bu ayrıntı düzeyinde böyle bir Bayes yaklaşımını kullanan ilk çalışmadır” diyor ve “bu, aynı zamanda, ultra düşük hızda güçlü katmanlaşmayı gösteren ilk çalışmadır. alan.”

Gezegenin kökenlerine baktığımızda

Olası katmanların olması ne anlama geliyor?

Dört milyar yıldan daha uzun bir süre önce, yoğun demir, erken Dünya’nın çekirdeğine batarken ve daha hafif mineraller mantoda yüzerken, yaklaşık olarak büyüklüğünde gezegenimsi bir nesneydi. Mars bebek gezegene çarpmış olabilir. Çarpışma, daha sonra Ay’ı oluşturabilecek olan Dünya’nın yörüngesine enkaz atmış olabilir. Aynı zamanda, iki gezegenin birbirine çarpmasından bekleyebileceğiniz gibi, Dünya’nın sıcaklığını da önemli ölçüde artırdı.

Pachhai, “Sonuç olarak, magma okyanusu olarak bilinen büyük bir erimiş madde kütlesi oluştu” diyor. “Okyanus”, magma içinde asılı duran kaya, gaz ve kristallerden oluşacaktı.

Okyanus, soğudukça, mantonun dibine batan ve katmanlaşan yoğun malzemelerle kendini çözecekti.

İzleyen milyarlarca yıl boyunca, manto çalkalanıp taşındıkça, yoğun katman, bugün gördüğümüz katmanlı ultra düşük hız bölgeleri olarak ortaya çıkacak şekilde küçük parçalar halinde itilecekti.

Pachhai, “Öyleyse birincil ve en şaşırtıcı bulgu, ultra düşük hız bölgelerinin homojen olmadığı, ancak içlerinde güçlü heterojenlikler (yapısal ve bileşimsel varyasyonlar) içerdiğidir” diyor. “Bu bulgu, ultra düşük hız bölgelerinin kökeni ve dinamikleri hakkındaki görüşümüzü değiştiriyor. Bu tür ultra düşük hız bölgesinin, Dünya tarihinin en başında yaratılan kimyasal heterojenlikler ile açıklanabileceğini ve 4,5 milyar yıllık manto taşınımından sonra hala iyi karışmadıklarını bulduk.”

son söz değil

Çalışma, bazı ultra düşük hız bölgelerinin kökenlerine dair bazı kanıtlar sağlıyor, ancak diğerleri için farklı kökenler öneren kanıtlar da var, örneğin okyanus kabuğunun mantoya geri batması gibi. Ancak, en azından bazı ultra düşük hız bölgeleri, erken Dünya’dan arta kalanlarsa, gezegenin, aksi takdirde kaybolmuş olan tarihinin bir kısmını korurlar.

Pachhai, “Bu nedenle, keşfimiz, Dünya’nın mantosunun ilk termal ve kimyasal durumunu ve uzun vadeli evrimlerini anlamak için bir araç sağlıyor” diyor.

Referans: “Bir bazal magma okyanusundan köken alan ultra düşük hızlı bölgelerin iç yapısı” 30 Aralık 2021, Doğa Jeolojisi.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00871-5





#Erken #Dünyadan #Olası #Kimyasal #Artıklar #Gezegenin #Çekirdeğine #Yakın #Oturuyor