Όπως στους περισσότερους από εμάς, η Γη έχει διάφορα εσωτερικά ζητήματα – ακόμα και σε αυτό που κάποτε φαινόταν το πιο «μαζεμένο» στρώμα της. Ο μανδύας, μια ζώνη μεταξύ του λεπτού φλοιού του πλανήτη μας και του λιωμένου πυρήνα, καταλαμβάνει 2.900 χιλιόμετρα ως επί το πλείστον συμπαγούς βράχου, με συνοχή σαν παχύρρευστη καραμέλα που οι επιστήμονες υπέθεσαν από καιρό πως ήταν ομοιόμορφα ανακατανεμημένη. Τεράστιες ωστόσο «καθαρές» περιοχές έχουν εντοπιστεί στον μανδύα, σαν κομμάτια σοκολάτας σε ένα μπισκότο, και τα νέα ευρήματα μόλις αρχίζουν να αποκαλύπτουν τα μυστικά τους.

Μεταξύ των αινιγματικών σβώλων του μανδύα βρίσκονται δύο τεράστιες «υπερήπειροι» θαμμένες χιλιάδες χιλιόμετρα κάτω από τον φλοιό ανάμεσα στα υπολείμματα αρχαίων τεκτονικών πλακών. Η μία υπερήπειρος βρίσκεται κάτω από την Αφρική και η άλλη βαθιά κάτω από τον Ειρηνικό Ωκεανό. Χρησιμοποιώντας μια νέα μέθοδο για την ανάλυση δεδομένων από σεισμούς, οι ερευνητές αποκάλυψαν πρόσφατα άγνωστες λεπτομέρειες σχετικά με αυτές τις τεράστιες «νησιωτικές» περιοχές, αποκαλύπτοντας ότι μπορεί να χρησιμεύουν ως κολόνες στον μανδύα του πλανήτη μας και ότι θα μπορούσαν να είναι πολύ παλαιότερες από ό,τι πιστεύαμε.

Η ανακάλυψη προστίθεται σε ένα αυξανόμενο σύνολο στοιχείων που υποδηλώνουν ότι ο βραχώδης μανδύας δεν αναδεύεται τόσο καλά, από το εσωτερικό κούνημα της Γης, όσο πιστεύαμε κάποτε. Και κρυμμένες δομές ή θύλακες μη αναμεμειγμένου υλικού, όπως αυτές οι υπερήπειροι, μπορεί να διαμορφώσουν τη δραστηριότητα του μανδύα, συμπεριλαμβανομένης της κίνησης των πλακών, με τρόπους που δεν έχουν γίνει ακόμη κατανοητοί, ανέφεραν οι επιστήμονες, στις 22 Ιανουαρίου, στο περιοδικό Nature.

«Αυτά τα ευρήματα θα συμβάλλουν στην καλύτερη κατανόηση της μεταφοράς* του μανδύα και της τεκτονικής των πλακών και, ως εκ τούτου, των φαινομένων που βιώνουμε στην επιφάνεια, όπως οι σεισμοί και οι εκρήξεις ηφαιστείων», δήλωσε η Claire Richardson, υποψήφια διδάκτορας στο School of Earth and Space Exploration του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, η οποία δεν συμμετείχε στη νέα έρευνα.

«Η επίλυση των φυσικών, θερμικών και χημικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων ~3000 km κάτω από τα πόδια μας, σε ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις, είναι τουλάχιστον ένα δύσκολο πρόβλημα», αναφέρει η Richardson στο CNN μέσω email. «Τα αναπάντητα ερωτήματα αφθονούν και κάθε νέα μελέτη μάς φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση του τι πραγματικά συμβαίνει εκεί κάτω».

Ενδείξεις που αποκαλύπτονται από τα κύματα

Οι ερευνητές εντόπισαν για πρώτη φορά τις υπόγειες υπερήπειρους πριν από περίπου 50 χρόνια, όταν εμφανίστηκαν ως ανωμαλίες στα σεισμικά δεδομένα που δημιουργούνται από σεισμούς αρκετά ισχυρούς ώστε να στέλνουν αντηχήσεις στον πλανήτη. Όταν τα σεισμικά κύματα συναντούν ασυνήθιστες δομές στον μανδύα, οι αλλαγές στην ταχύτητα των κυμάτων παρέχουν στους σεισμολόγους ενδείξεις για το βαθύ εσωτερικό της Γης.

Κατά τη διάρκεια των δεκαετιών, τα σεισμικά δεδομένα αποκάλυψαν ότι αυτές οι υπερήπειροι αποτελούν περίπου το 20% των συνόρων του μανδύα-πυρήνα. Κάθε μία από τα θαμμένες νησίδες καλύπτει εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα, ενώ σε ορισμένα σημεία έχουν ύψος σχεδόν 965 χιλιόμετρα. Ωστόσο, λίγα ήταν γνωστά για το από τι ήταν φτιαγμένα, πότε βυθίστηκαν και τι ρόλο θα μπορούσαν να παίξουν στη ροή του μανδύα, γνωστή ως θερμοσυναγωγή*, δήλωσε η Dr. Sujania Talavera-Soza, επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης και ερευνήτρια γεωεπιστημών και σεισμολογίας στο Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης στην Ολλανδία.

«Η προέλευσή τους κι αν είναι μακρόβιες δομές – είναι ευρέως συζητημένο», είπε η Talavera-Soza.

Προηγούμενη έρευνα επικεντρώθηκε στην ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων, δείχνοντας ότι αυτή επιβραδύνθηκε κατά περίπου 2% κατά την άφιξη στις υπερηπείρους. Αυτή η επιβράδυνση των σεισμικών κυμάτων οδήγησε τους γεωλόγους να ονομάσουν τις περιοχές μεγάλα τμήματα χαμηλής διατμητικής ταχύτητας ή LLSVP.

Η απώλεια ταχύτητας στα σεισμικά κύματα υποδηλώνει ότι αυτές οι ζώνες του μανδύα ήταν πιο θερμές από τους βράχους γύρω τους, εξηγεί η Talavera-Soza. Αλλά ήταν άγνωστο εάν οι LLSVP διέφεραν δομικά από τις γειτονικές περιοχές. Οι επιστήμονες ήταν επίσης αβέβαιοι εάν οι υπερήπειροι εμπλέκονταν ενεργά στη θερμοσυναγωγή ή αν ήταν «κάποιοι πυκνοί σωροί που απλώς κάθονταν εκεί», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Dr. Arwen Deuss, καθηγητής δομής και σύνθεσης του βαθύ εσωτερικού της Γης στο Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης.

«Δεν υπήρχαν πληροφορίες γι΄ αυτό», λέει ο Deuss. «Ξέραμε μόνο ότι τα σεισμικά κύματα επιβραδύνθηκαν».

Στη νέα μελέτη, οι συγγραφείς χρησιμοποίησαν μια διαφορετική προσέγγιση για τη μελέτη των LLSVP ώστε να δουν αν θα μπορούσαν να αποκαλύψουν λεπτομέρειες σχετικά με τη σύνθεση και τη δραστηριότητα των συγκεκριμένων ζωνών.

Εξέτασαν την εξασθένηση ή την ορμητικότητα των σεισμικών σημάτων καθώς ταξίδευαν μέσω του μανδύα για να δουν πόση ενέργεια έχασαν οι δονήσεις από τους σεισμούς.

Στη μουσική, η εξασθένηση είναι συγκρίσιμη με το κατέβασμα ενός τόνου, είπε ο Deuss. Η εξέταση της εξασθένησης των κυμάτων – μαζί με τις αλλαγές στην ταχύτητα – θα μπορούσε να παρέχει προηγουμένως άγνωστες ενδείξεις σχετικά με τη σύνθεση των LLSVPs. Τα καλύτερα δεδομένα γι΄ αυτό προέρχονται από κύματα που παράγονται από σεισμούς μεγέθους 7,8 Ρίχτερ και άνω, πρόσθεσε η Talavera-Soza.

Η ταχύτητα κύματος και η απώλεια ενέργειας ήταν γνωστό ότι επηρεάζονται από το μέγεθος των κόκκων ορυκτών καθώς και από τη θερμοκρασία, έτσι οι συγγραφείς χρησιμοποίησαν ένα μοντέλο φυσικής που συνέδεε τη σεισμολογία και τη φυσική ορυκτών. Τα κύματα αποσβένονται περισσότερο όταν συναντούν υλικό από μικρότερους κόκκους. Εάν συσσωρευτούν πολλοί κόκκοι μαζί, μειώνουν ακόμα περισσότερο την ενέργεια ενός κύματος.

Παλαιότερες από τα «νεκροταφεία πλακών»

Άλλες μελέτες αποκάλυψαν ότι οι υπερήπειροι είχαν παρέα στον βαθύ μανδύα. Γύρω τους υπήρχαν «νεκροταφεία» βυθισμένων τεκτονικών πλακών, είπε ο Deuss. Ήταν πιο ψυχρά από τις LLSVP, έτσι τα σεισμικά κύματα κινήθηκαν μέσα από αυτά γρηγορότερα.

Ωστόσο, το νέο μοντέλο έδειξε ότι ενώ η ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων μειώθηκε όταν έφτασαν σε LLSVP, τα κύματα δεν έχασαν πολλή ενέργεια. Συγκριτικά, υπήρξε σημαντική απόσβεση μεταξύ των πιο δροσερών νεκροταφείων γύρω από τις LLSVP.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτές οι διαφορές οφείλονται στις συγκριτικές ηλικίες των δομών. Κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών, καθώς το βραχώδες υλικό κατεβαίνει μέσα στο όριο μεταξύ του άνω και του κάτω μανδύα, οι μεταλλικοί κρύσταλλοι συμπιέζονται και μετασχηματίζονται σε μικρότερους κόκκους που στη συνέχεια αναπτύσσονται ξανά με την πάροδο του χρόνου. Ως εκ τούτου, οι νεότερες περιοχές έχουν μικρότερους κρυστάλλους, οι οποίοι απορροφούν περισσότερη ενέργεια από τα σεισμικά κύματα, επομένως το μέγεθος απόσβεσης σε μια περιοχή υποδηλώνει πόσο παλιά είναι.

«Το γεγονός ότι οι LLSVP εμφανίζουν πολύ μικρή απόσβεση, σημαίνει ότι πρέπει να αποτελούνται από πολύ μεγαλύτερους κόκκους σε σύγκριση με το περιβάλλον τους», υπογραμμίζει η Talavera-Soza. Οι μεγαλύτεροι κόκκοι ορυκτών υποδηλώνουν ότι οι υπερήπειροι ήταν σημαντικά παλαιότερες από τα τεκτονικά νεκροταφεία γύρω τους, καθώς οι κόκκοι τους πρέπει να είχαν περισσότερο χρόνο για να αναπτυχθούν, σύμφωνα με τη μελέτη. Μεγαλύτερα δομικά στοιχεία θα έκαναν επίσης τις υπερήπειρους πιο άκαμπτες, διατηρώντας τις ξεχωριστές από τη μεταφορά του μανδύα ή την κίνηση των υλικών σε αυτό το στρώμα λόγω μεταφοράς θερμότητας.

«Η μελέτη μάς επισημαίνει ότι οι LLSVPs είναι μακροχρόνια χαρακτηριστικά, τουλάχιστον μισού δισεκατομμυρίου ετών, ίσως και περισσότερο», σημειώνει η Talavera-Soza. «Αυτό σημαίνει ότι λειτουργούν ως κολόνες στη βάση του ορίου πυρήνα-μανδύα και έχουν επιβιώσει από τη μεταφορά του μανδύα, που σημαίνει ότι ο μανδύας δεν είναι καλά αναμεμειγμένος».

Αυτή η ανακάλυψη ακολουθεί μια άλλη πρόσφατη αποκάλυψη για ακόμα περισσότερους «βυθισμένους κόσμους» που έρχονται σε αντίθεση με την έννοια του μικτού μανδύα. Οι θαμμένες πλάκες σε τεκτονικά νεκροταφεία τείνουν να συσσωρεύονται σε ευθυγράμμιση με τις ζώνες βύθισης της Γης – περιοχές όπου συναντώνται οι άκρες δύο πλακών και όπου η μία γλιστράει κάτω από την άλλη. Αλλά νωρίτερα φέτος, μια άλλη ομάδα επιστημόνων εντόπισε βυθισμένες τεκτονικές πλάκες μακριά από αυτά τα όρια σε τοποθεσίες κάτω από το εσωτερικό των ηπείρων και κάτω από τους ωκεανούς, όπου βυθισμένες πλάκες δεν είχαν βρεθεί ποτέ πριν.

«Προφανώς, τέτοιες ζώνες στον μανδύα της Γης είναι πολύ πιο διαδεδομένες από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως», δήλωσε ο Thomas Schouten, επικεφαλής συγγραφέας αυτής της έρευνας και ερευνητής στο Γεωλογικό Ινστιτούτο ETH Ζυρίχης, το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας.

Το μοντέλο στη νέα μελέτη – το πρώτο τρισδιάστατο μοντέλο εξασθένησης για ολόκληρο τον μανδύα – θα βοηθήσει τους σεισμολόγους να κατανοήσουν καλύτερα τι βρίσκεται χιλιάδες χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια της Γης, προσθέτει η Richardson, υποψήφια διδάκτορας.

«Χαρτογραφεί περιοχές της Γης που αποδυναμώνουν τη σεισμική ενέργεια, επηρεάζοντας τελικά τις μετρήσεις που χρησιμοποιούν πολλοί σεισμολόγοι για να κατανοήσουν άλλες φυσικές και χημικές ιδιότητες του εσωτερικού της Γης», λέει.

Τα ευρήματα θα μπορούσαν να αλλάξουν όσα πίστευαν οι ερευνητές για την τεκτονική των πλακών και για το πώς η κίνησή τους θα μπορούσε να διαμορφωθεί από αυτές τις αρχαίες, σταθερές κολόνες κοντά στον πυρήνα της Γης, αναφέρει ο Deuss. Περαιτέρω ανάλυση των υπερηπείρων θα μπορούσε επίσης να αποκαλύψει εάν είναι η πηγή γεωχημικών στοιχείων σχεδόν τόσο παλιά όσο η ίδια η Γη που βρίσκονται στη λάβα από ορισμένους τύπους ηφαιστείων, πρόσθεσε.

«Αυτές οι LLSVP ήταν εκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα – αν ήταν εκεί για ένα δισεκατομμύριο χρόνια, μπορεί να ήταν εκεί και για 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Μπορεί κάλλιστα να είναι εκείνη η κρυμμένη δεξαμενή όπου μπορεί να βρίσκονται αυτά τα χημικά αρχέγονα στοιχεία. Δεν μπορούμε να το αποδείξουμε αυτό τώρα, αλλά οι γεωχημικοί μπορούν να το διερευνήσουν», πρόσθεσε ο Deuss.

«Από αυτή τη μελέτη, νομίζω ότι θα υπάρξει πολλή επιπλέον έρευνα που θα μπορούσε να απαντήσει σε πολλά εκκρεμή ερωτήματα που προβληματίζουν τους επιστήμονες εδώ και χρόνια».

*Η μεταφορά (θερμοσυναγωγή) μανδύα είναι ο πολύ αργός ερπυσμός του στερεού πυριτικού μανδύα της Γης καθώς τα ρεύματα μεταφέρουν θερμότητα από το εσωτερικό στην επιφάνεια του πλανήτη. Η μεταφορά του μανδύα προκαλεί τεκτονικές πλάκες να κινούνται γύρω από την επιφάνεια της Γης.

Tags