Seismologie wordt opwindend als je de innerlijke structuur van onze planeet beter kunt begrijpen, zowel in ruimte als in tijd.
We weten uit schoolboeken dat de aarde drie (of vier) lagen heeft: korst, mantel en kern, soms onderverdeeld in binnen en buiten. Dit is niet helemaal waar, aangezien het enkele van de andere lagen uitsluit die wetenschappers onderscheiden in de structuur van onze planeet. In een studie gepubliceerd in het tijdschrift Science, rapporteren geofysici van Princeton University (VS) en het Institute of Geodesy and Geophysics in China bergen en andere topografie op een laag die zich op een diepte van 660 kilometer bevindt en de bovenste en onderste mantel scheidt.
"Het vinden van hoogteverschillen tot drie kilometer op een grens van meer dan 660 kilometer, met behulp van golven die door de aarde en terug reizen, is een inspirerende prestatie", zegt seismoloog Christina Hauser, een assistent-professor aan het Tokyo Institute of Technology, Japan, die niet bij het onderzoek betrokken was.
De structuur van de aarde. De ruwheid bij de grenslaag op 660 kilometer diepte toont de veronderstelde ondergrondse bergen. Krediet: afbeelding door Kyle McKernan, Princeton University Office of Communications.
Om diep in de aarde te kijken, gebruiken wetenschappers de krachtigste golven ter wereld, die worden opgewekt door aardbevingen. Diepe, sterke aardbevingen kunnen de hele mantel in beweging brengen, en aardbevingen met een kracht van 7,0 verspreiden schokgolven door de kern naar de andere kant van de planeet en terug.
Voor deze studie wendden wetenschappers zich tot de belangrijkste gegevens over de golven die werden gedetecteerd na de aardbeving met een kracht van 8,2 - de op een na krachtigste ooit die Bolivia in 1994 deed schudden.
Om het complexe gedrag van golfverstrooiing in de diepten van de aarde te simuleren, gebruikten seismologen het Tiger-supercomputercluster van Princeton University. De simulatietechnologie is afhankelijk van een fundamentele eigenschap van golven: hun vermogen om van richting te veranderen en te stuiteren. Net zoals lichtgolven kunnen worden gereflecteerd of gebroken wanneer ze door een prisma gaan, reizen seismische golven rechtstreeks door homogene rotsen, maar worden ze gereflecteerd of gebroken aan de grens van de media. Hun verstrooiing draagt dus informatie over oppervlakteonregelmatigheden en diepe lagen.
“We waren enorm verrast door de behaalde resultaten. De grens van 660 kilometer heeft een sterkere topografie dan de Rocky Mountains of Appalachen en is net zo complex als wat we aan de oppervlakte zien”, schrijven de auteurs van het onderzoek.
Promotie video:
Rocky Mountain uitzicht vanaf Rocky Mountain National Park USA. Krediet: Stanislav Savin.
Het statistische model liet niet toe om nauwkeurig de hoogte van de bergen in de diepten van de bergen te bepalen, maar het werd duidelijk dat de onregelmatigheden ongelijk verdeeld zijn, net zoals het oppervlak van de aardkorst gladde delen van de oceaanbodem en hoge bergen heeft. De onderzoekers bestudeerden ook een laag op een diepte van 410 kilometer, in het bovenste deel van de 'overgangszone' van de mantel, en vonden zo'n topografische spreiding niet.
De bereikte resultaten laten zien hoe geavanceerde seismische instrumenten zijn geweest om nieuwe en onverwachte eigenschappen van de aardlagen te ontdekken.
Wat betekent dit
De aanwezigheid van onregelmatigheden aan de 660 kilometer lange grens is essentieel om te begrijpen hoe onze planeet is ontstaan. De onderzochte laag verdeelt de mantel, die ongeveer 84 procent van het aardvolume uitmaakt, in zijn bovenste en onderste delen. Jarenlang hebben geologische wetenschappers gedebatteerd over hoe belangrijk deze grens is. Ze onderzochten in het bijzonder hoe warmte door de mantel reist.
Enig geochemisch en mineralogisch bewijs suggereert een chemisch verschil tussen de boven- en ondermantel, wat het idee ondersteunt dat de twee secties thermisch of fysiek niet mengen. De gegevens laten echter zien dat gladdere gebieden op de 660 km-grens het resultaat kunnen zijn van zorgvuldige verticale menging, terwijl er mogelijk bergachtige gebieden zijn ontstaan waar men geen menging.
Bovendien kunnen de gedetecteerde onregelmatigheden theoretisch worden veroorzaakt door thermische anomalieën of chemische onregelmatigheden. Maar door de herverdeling van warmte in de mantel zal elke kleine thermische anomalie gedurende een miljoen jaar worden gladgestreken, waardoor alleen chemische verschillen overblijven.
Dus wat had het significante verschil in laagchemie kunnen veroorzaken? Wetenschappers zeggen dat de reden hiervoor het zinken is van rotsen die vroeger tot de aardkorst behoorden. Geofysici hebben lang gedebatteerd over het lot van de zeebodemplaten die in subductiezones over de hele wereld in de mantel snijden. Onderzoekers speculeren dat de overblijfselen van deze oude platen zich nu net boven of net onder de grens van 660 kilometer kunnen bevinden.
"Seismologie wordt opwindend als het ons in staat stelt de innerlijke structuur van onze planeet zowel in ruimte als in tijd beter te begrijpen", concluderen de auteurs van het onderzoek.
