Никой не може да види вътрешността на Земята или да пробие достатъчно дълбоко, за да събере скални проби от мантията - слоя между ядрото на Земята и нейния най-външен твърд слой, наречен литосфера. Измерването на температура и налягане на тези дълбочини също е невъзможно. За да преодолеят тези предизвикателства, геофизиците разчитат на индиректни методи за изследване на това, което се крие дълбоко под краката ни.

Един ключов метод включва анализиране на сеизмограми, които са записи на земетръсни вълни. Измервайки колко бързо тези вълни преминават през Земята, учените могат да направят извод за подробности за нейната вътрешна структура. Този процес е подобен на начина, по който лекарите използват ултразвук, за да създават изображения на органи, мускули или вени в тялото без операция.

Ето как работи: когато се случи земетресение, сеизмичните вълни се излъчват навън от епицентъра във всички посоки. Докато пътуват през Земята, тези вълни могат да се пречупват (огъват), дифрактират (разпръскват се около препятствия) или отразяват (отскачат). Скоростта на тези вълни зависи не само от вида на вълната, но и от плътността и еластичността на материалите, през които преминават. Сеизмографските станции по света записват тези вълни, което позволява на геофизиците да анализират данните. От тези записи учените могат да направят извод за вътрешната структура на Земята, нейния състав и динамичните процеси, протичащи дълбоко в планетата.

Използвайки сеизмични записи, земните учени определиха позицията на потопените тектонични плочи в мантията на Земята. Винаги са ги намирали там, където са очаквали да бъдат: в зони, известни като зони на субдукция, където две плочи се срещат и едната се потапя под другата във вътрешността на Земята. Това помогна на учените да изследват тектоничния цикъл на плочите, т.е. възникването и унищожаването на плочи на земната повърхност през историята на нашата планета.

Сега обаче екип от геофизици от Техническия институт в Цюрих и Калифорнийския технологичен институт направи изненадващо откритие: използвайки нов модел с висока разделителна способност, те откриха още области във вътрешността на Земята, които приличат на останки от потопени плочи. И все пак те не се намират там, където се очакваше; вместо това те са под големи океани или във вътрешността на континентите - далеч от границите на плочите. Там също няма геоложки доказателства за субдукция в миналото.

Новото в подхода им за моделиране е, че изследователите не използват само един тип земетръсна вълна, за да изследват структурата на вътрешността на Земята, а всички. Експертите наричат ​​процедурата пълна инверсия на формата на вълната. Това прави модела много изчислително интензивен, поради което изследователите са използвали суперкомпютъра Piz Daint в Лугано.

Има ли наистина изгубен свят под Тихия океан?

„Очевидно такива зони в мантията на Земята са много по-разпространени, отколкото се смяташе досега“, казва Томас Шоутен, първи автор и докторант в Геоложкия институт на Техническия институт в Цюрих.

Една от новооткритите зони е под западната част на Тихия океан. Въпреки това според настоящите теории и познания за тектоничните плочи там не би трябвало да има материал от субдуцирани плочи, защото е невъзможно в близката геоложка история да е имало зони на субдукция. Изследователите не знаят със сигурност какъв материал е включен вместо това и какво би означавало това за вътрешната динамика на Земята. „Това е нашата дилема. С новия модел с висока разделителна способност можем да видим такива аномалии навсякъде в мантията на Земята. Но ние не знаем точно какви са те или какъв материал създава моделите, които сме разкрили.

Това е като лекар, който изследва кръвообращението с ултразвук в продължение на десетилетия и открива артерии точно там, където ги очаква“, казва проф. Андреас Фихтнер. „Тогава, ако му дадете нов, по-добър инструмент за изследване, той изведнъж вижда артерия в седалището, която всъщност не принадлежи там. Точно така се чувстваме за новите открития“, обяснява вълновият физик. Той разработи модела в своята група и написа кода.

Засега изследователите могат само да предполагат.

„Смятаме, че аномалиите в долната мантия имат различен произход“, казва Шоутен. Той вярва, че е възможно те да не са просто материал от студена плоча, който се е потопил през последните 200 милиона години, както се предполагаше по-рано. „Това може да бъде или древен, богат на силициев диоксид материал, който е бил там от образуването на мантията преди около 4 милиарда години и е оцелял въпреки конвективните движения в мантията, или зони, където богатите на желязо скали се натрупват като следствие от тези движения на мантията в продължение на милиарди години“, отбелязва той.

За докторанта това означава преди всичко, че са необходими повече изследвания с още по-добри модели, за да се видят допълнителни подробности за вътрешността на Земята.

„Вълните, които използваме за модела, по същество представляват само едно свойство, а именно скоростта, с която преминават през вътрешността на Земята“, казва ученият. Това обаче не отговаря на сложния интериор на Земята. „Трябва да изчислим различните материални параметри, които биха могли да генерират наблюдаваните скорости на различните видове вълни. По същество трябва да се потопим по-дълбоко в свойствата на материала зад скоростта на вълната“, завършва Шоутен.

Снимка: Unsplash

Виж още: Илон Мъск обеща поне 500 000 хуманоидни робота през 2027 г.