Kao i kod većine nas, na Zemlji se mnogo toga događa ispod površine - čak i u onom što se nekada činilo da je njen najskromniji sloj.
Plašt, zona između tanke kore našeg planeta i rastaljene jezgre, sadrži 2900 kilometara uglavnom čvrstih stijena, konzistencije poput zgusnute karamele za koju su znanstvenici dugo pretpostavljali da je ravnomjerno izmiješana. Ali pronađena su golema nepomiješana područja koja se zadržavaju u plaštu, poput grudica čokolade u kolačiću, a nova otkrića tek počinju otkrivati njihove tajne, piše CNN.
Među zagonetnim grudama plašta dva su golema "superkontinenta" zakopana hiljadama kilometara ispod kore usred ostataka drevnih tektonskih ploča. Jedan superkontinent leži ispod Afrike, a drugi se nalazi duboko ispod Tihog okeana. Koristeći novu metodu za analizu podataka iz potresa, istraživači su nedavno otkrili prethodno nepoznate pojedinosti o tim golemim otočnim regijama, otkrivajući da mogu služiti kao sidra u plaštu našeg planeta i da bi mogli biti puno stariji nego što se mislilo.
Ovo otkriće pridodaje sve većem broju dokaza koji upućuju na to da stjenoviti plašt nije tako dobro uzburkan Zemljinim unutarnjim miješanjem kao što se prije vjerovalo. A skrivene strukture ili džepovi nepomiješanog materijala, poput ovih superkontinenata, mogu oblikovati aktivnost plašta, uključujući kretanje ploča, na načine koje tek treba razumjeti, objavili su naučnici 22. januara u časopisu Nature.
"Ova će otkrića pridonijeti boljem razumijevanju konvekcije plašta i tektonike ploča, a time i fenomena koje doživljavamo na površini poput potresa i vulkanizma", rekla je Claire Richardson , doktorandica na Školi za istraživanje Zemlje i svemira u Univerzitetu Arizona, koji nije bio uključen u novo istraživanje.
"Rješavanje fizičkih, toplinskih i hemijskih svojstava stijena ~3000 km ispod naših nogu, na ekstremnim temperaturama i pritiscima, u najmanju je ruku izazovan problem", rekao je Richardson CNN-u u e-poruci. "Otvorenih pitanja ima napretek, a svaka nova studija približava nas razumijevanju što se tamo dolje stvarno događa."
Tragovi otkriveni valovima
Istraživači su prvi put uočili podzemne superkontinente prije otprilike 50 godina kada su se pojavili kao anomalije u seizmičkim podacima koje su generirali potresi dovoljno snažni da pošalju odjek kroz planet. Kada seizmički valovi naiđu na neobične strukture u plaštu, promjene u brzini valova daju seizmolozima tragove o dubokoj unutrašnjosti Zemlje.
Tokom desetljeća, seizmički podaci otkrili su da ti superkontinenti čine oko 20% granice plašta i jezgre. Svaki od zakopanih otoka pokriva stotine hiljada kilometara, a na nekim mjestima su visoki gotovo 965 kilometara. Međutim, malo se znalo o tome od čega su napravljene, kada su potonule i kakvu bi ulogu mogle imati u strujanju plašta, poznatom kao konvekcija, rekla je dr. Sujania Talavera-Soza , glavna autorica nove studije i istraživačica geoznanosti i seizmologije na Univerzitetu Utrecht u Nizozemskoj.
"O njihovom porijeklu i jesu li dugovječne strukture - o tome se naširoko raspravlja", rekla je Talavera-Soza.
Ranija istraživanja bila su usredotočena na brzinu seizmičkih valova, pokazujući da se brzina valova usporila za oko 2% nakon dolaska na superkontinente. Ovo usporavanje seizmičkih valova navelo je geologe da te regije nazovu velikim provincijama niske brzine smicanja ili LLSVP.
Gubitak brzine u seizmičkim valovima sugerirao je da su ove zone plašta bile toplije od stijena oko njih, rekao je Talavera-Soza. Ali nije bilo poznato razlikuju li se LLSVP strukturno od obližnjih regija. Znanstvenici također nisu bili sigurni jesu li superkontinenti aktivno uključeni u konvekciju ili su "vrsta guste hrpe koja bi samo sjedila tamo", rekla je koautorica studije dr. Arwen Deuss , profesorica strukture i sastava Zemljine duboke unutrašnjosti u Univerzitetu Utrechtu.
"Nije bilo informacija o tome", rekao je Deuss. "Znali smo samo da su seizmički valovi usporili."
U novoj studiji, autori su koristili drugačiji pristup za proučavanje LLSVP-ova kako bi vidjeli mogu li izvući detalje o sastavu i aktivnosti zona. Promatrali su prigušenje ili intenzitet seizmičkih signala dok su putovali kroz plašt kako bi vidjeli koliko su energije izgubile vibracije od potresa.
U glazbi, atenuacija je usporediva s prigušivanjem tona, što proizvodi nižu glasnoću, rekao je Deuss. Ispitivanje prigušenja valova - zajedno s promjenama u brzini valova - moglo bi pružiti dosad neviđene tragove o sastavu LLSVP-a. Najbolji podaci za to su iz valova koje proizvode potresi magnitude 7,8 ili više, dodala je Talavera-Soza.
Poznato je da na brzinu valova i gubitak energije utječu veličina zrna minerala kao i temperatura, pa su autori koristili fizički model koji povezuje seizmologiju i mineralnu fiziku. Valovi su prigušeniji kada naiđu na materijal sastavljen od manjih zrna; ako je mnogo zrna zbijeno zajedno, postoji više granica između zrna koje mogu iscrpiti energiju vala.
Starije od 'groblja ploča'
Druge su studije otkrile da su superkontinenti imali društvo u dubokom plaštu. Oko njih su bila "groblja ploča "potonulih tektonskih ploča, rekao je Deuss. Bili su hladniji od LLSVP-a, pa su seizmički valovi brže prolazili kroz njih.
Međutim, novi model je pokazao da, iako je brzina seizmičkih valova smanjena kada su dosegli LLSVP, valovi nisu izgubili puno energije. Za usporedbu, bilo je značajnog vlaženja među hladnijim grobljima oko LLSVP-ova.
Istraživači vjeruju da se te razlike svode na usporednu starost struktura. Tokom miliona godina, dok se stjenoviti materijal spušta kroz granicu između gornjeg i donjeg plašta, mineralni kristali se sabijaju i preoblikuju u sitnija zrnca koja s vremenom ponovno rastu. Mlađe regije stoga imaju manje kristale, koji crpe više energije iz seizmičkih valova, tako da količina prigušenja u regiji ukazuje na to koliko je stara.
"Činjenica da LLSVP pokazuju vrlo malo prigušenja, znači da se moraju sastojati od mnogo većih zrnaca od svoje okoline", rekao je Talavera-Soza. Veća mineralna zrnca upućuju na to da su superkontinenti znatno stariji od tektonskih groblja oko njih, budući da su njihova zrna morala imati više vremena za rast, prema studiji. Veći građevni blokovi također bi učinili superkontinente krućim, držeći ih odvojenima od konvekcije plašta ili kretanja materijala u tom sloju zbog prijenosa topline.
"Naša studija ukazuje na to da su LLSVP dugovječne značajke, stare najmanje pola milijarde godina, možda čak i starije", rekla je Talavera-Soza. "To implicira da djeluju kao sidra u podnožju granice jezgre i plašta i da su preživjeli konvekciju plašta, što znači da plašt nije dobro izmiješan."
Ovo otkriće slijedi još jedno nedavno otkriće o još više "potonulih svjetova" koji su u suprotnosti s idejom pomiješanog plašta. Zatrpane ploče na tektonskim grobljima imaju tendenciju nakupljanja u skladu sa Zemljinim subdukcijskim zonama — regijama gdje se susreću rubovi dviju ploča i gdje jedna klizi ispod druge. Ali ranije ove godine, drugi tim naučnika identificirao je potopljene tektonske ploče daleko od ovih granica na lokacijama ispod unutrašnjosti kontinenata i ispod oceana, gdje potopljene ploče nikada prije nisu pronađene.
"Očigledno su takve zone u Zemljinom plaštu mnogo raširenije nego što se prije mislilo", rekao je Thomas Schouten, glavni autor tog istraživanja i istraživač na Geološkom institutu ETH Zurich, Švicarskog saveznog instituta za tehnologiju, u izjavi.
Model u novoj studiji — prvi 3D model prigušenja za cijeli plašt — pomoći će seizmolozima da bolje razumiju što se nalazi hiljadama kilometara ispod Zemljine površine, rekao je Richardson, doktorski kandidat.
"Mapira područja Zemlje koja slabe seizmičku energiju, što u konačnici utječe na mjerenja koja mnogi seizmolozi koriste za razumijevanje drugih fizičkih i hemijskih svojstava Zemljine unutrašnjosti", rekla je.
Otkrića bi mogla preobraziti istraživače u razumijevanju tektonike ploča i načina na koji kretanje ploča može biti oblikovano ovim drevnim, fiksnim sidrima u blizini Zemljine jezgre, rekao je Deuss. Dodala je da bi daljnja analiza superkontinenata također mogla otkriti jesu li oni izvor geohemijskih elemenata starih gotovo koliko i sama Zemlja, a koji se nalaze u lavi iz određenih vrsta vulkana.
“Ovi LLSVP-i su bili tamo već dugo vremena — ako su bili tamo milijardu godina, možda su bili tamo i 4 milijarde godina. Oni bi mogli biti taj skriveni rezervoar u kojem bi se ti kemijski prvobitni elementi mogli nalaziti. To sada ne možemo dokazati, ali geokemičari to mogu istražiti", rekao je Deuss.
"Iz ove studije, mislim da će biti puno dodatnih istraživanja koja bi mogla odgovoriti na mnoga neriješena pitanja koja zbunjuju naučnike godinama."