Kiderült: egy titokzatos szerkezet fogja körbe a Föld magját

A földrengések szeizmikus hullámai segítették hozzá a kutatókat a mag-köpeny határának leképezésében

Nemrég egy kutatócsoport az Antarktiszon elhelyezett szeizmikus szondák segítségével vizsgálta meg a Föld belső szerkezetét. A szeizmikus hullámok alapján kirajzolódó kép mélyen megdöbbentette a kutatókat, mert kiderült, hogy a forró földmag és a köpeny határán egy olyan vékony, ámde ultra-alacsony sebességű zónákat tartalmazó réteg öleli körbe a földmagot, ami képes jelentősen lelassítani a földrengéshullámok terjedését. A mérési eredmények analízise alapján a tudóscsoport meglepő következtetésre jutott e titokzatos réteg eredetét illetően.

Lepillantottak a szeizmikus hullámok segítségével a mélybe, és megdöbbentek attól amit láttak

A szóban forgó különleges réteg a mag-köpeny határán (CMB) található a Föld belsejében, azon a területen, ahol az olvadt külső mag találkozik a döntően szilikátokból felépülő földköpennyel, körülbelül 2900 kilométerrel a felszín alatt. Noha ez egy viszonylag vékony réteg, de ennek ellenére hihetetlenül sűrű területei is akadnak, amelyeket a tudósok ultra-alacsony sebességű zónáknak (ULVZ) minősítettek,

mivel képesek lelassítani a szeizmikus hullámokat.

A földrengések szeizmikus hullámai segítették hozzá a kutatókat a mag-köpeny határának leképezésében Forrás: Edward Garnero and Mingming Li/Arizona State University

Az ultra-alacsony sebességű zónák létrejöttének módja évtizedek óta tudományos vita tárgya, különösen azért, mert a szeizmikus hullámok segítségével mindeddig nehéz volt jó felbontású felvételeket készíteni erről a régióról. Egy, a Science Advances tudományos szakfolyóiratban nemrég publikált tanulmány azonban úgy tűnik, hogy megtalálta a választ erre a sok fejtörést okozó kérdésre.

A külső földmag forró, olvadt, a belső pedig szilárd fémekből áll Forrás: Science News

„Az olyan szeizmikus vizsgálatok, mint amilyen a miénk is, a legnagyobb felbontású képet adják bolygónk belső szerkezetéről, és azt tapasztaljuk, hogy ez a szerkezet sokkal bonyolultabb, mint azt valaha is gondoltuk" - nyilatkozta Samantha Hansen, az Alabamai Egyetem szaktudósa, a tanulmány vezető szerzője.

Olyan, mintha egy eltemetett Himalája lenne odalent

A kutatócsoport speciális szeizmikus szondák egész hálózatát építette ki az Antarktiszon, amely a földrengések által keltett szeizmikus hullámokat használta fel a Föld déli féltekéje belső struktúrájának a feltérképezéséhez. „Az Antarktiszon készült ezer szeizmikus felvétel elemzésekor a nagyfelbontású képalkotó módszerünk vékony és rendellenes anyagzónákat [UVLZ-ket] talált a a mag-köpeny határán (CMB-ben) mindenhol, ahol szondáztunk" – mondta Edward Garnero, az Arizona Állami Egyetem kutatója és a tanulmány egyik társszerzője.

Vékony és rendellenes anyagzónák (UVLZ-ek) a déli félteke alatt Forrás: Science Advances/Arizona State University

„A vizsgált réteg vastagsága átlagosan néhány kilométertől 10 kilométerig változik. Ez arra utal, hogy olyan eltemetett hegyeket látunk a mag határán,amelyek néhol akár ötször magasabbak is, mint a Mount Everest" - fűzte hozzá Edward Garnero.

A Mount Everest. A mérések szerint a mag és a köpeny határán húzódó különleges réteg egy olyan mélybe temetett hegysége emlékeztet , amelynek egyes kitüremkedései, "csúcsai" ötször magasabbak a Mount Everestnél Forrás: AFP/Sebastien Berger

A kutatók úgy vélik, hogy a kimutatott ultra-alacsony sebességű zónák szeizmikus hullámokat lassító tulajdonságai és a változó magasságú egyenetlenségek miatt

a réteg igen nagy valószínűséggel egy ősi óceáni kéregből áll,

amelyet a múltban sok millió év alatt temetett a mélybe a tektonikus lemezek szubdukciója. (A szubdukció az a geológiai folyamat, amikor a vékony és sűrű óceáni kéreg a nagy kőzetlemezek ütközési határán a kontinentális kéreg alá tolódik, a szerk.)

Egy ősi óceán kérge fonhatja körbe a földmagot

A kutatók az eddigi mérési eredmények alapján azt feltételezik, hogy ez az ősi óceáni kéreg szabályosan körbeöleli a földmagot egy rendkívül hosszú, a múltban lezajlott tektonikus folyamat eredményeként.

Fantáziakép az egykori Tethys-óceánról, amelynek kérge az alpi hegységképződés során teljesen felemésztődött. Az Arizonai Egyetem tudósai szerint a köpeny és földmag határán egy ősi óceán mélybe süllyedt kéregmaradványa található Forrás: Environment Foundation

A kutatócsoport azonban mind ehhez azt is hozzátette, hogy további részletes mérések elvégzése szükséges annak végleges bebizonyítására, hogy ez valóban így van-e. Ettől eltekintve, már a jelenlegi eredmények is jobb képet adnak arról, hogy hogyan áramolhat a hő és a forró olvadt anyag a Föld magjából a vékonyabb zónákba a köpenyen keresztül, illetve a földfelszín fölé a vulkánkitörések formájában. "Kutatásunk fontos összefüggést tár fel a Föld sekély és mély szerkezete, valamint a bolygónkat mozgató általános folyamatok között" – értékelte az eddigi eredmények jelentőségét Samantha Hansen, a publikáció vezető szerzője.

A korábbi ULVZ vizsgálatok alapján készített térkép a legalsó köpenyszerkezetekről Forrás: Science Advances/ Arizona State University

A földmag a Föld belső szerkezetének a legbelső burka, amelyet a 2900 kilométeres mélységben húzódó Gutenberg-Weichert-felület választ el a köpenytől. E felületet elérve a földrengéshullámok sebessége erősen lecsökken. Ötezer kilométeres mélységben egy további határfelület mutatható ki a földmagban.

A Föld belső szerkezetét szemléltető ábra Forrás: ELTE

A földrengéshullámok segítségével elvégzett vizsgálatokból megállapították, hogy ezen az úgynevezett Lehmann-felületen szintén megváltozik a szeizmikus hullámok sebessége, amiből az következik, hogy az e feletti külső mag folyékony, míg a Lehmann-határ alatti belső mag pedig szilárd halmazállapotú. A tudomány jelenlegi álláspontja szerint a földmag jól vezető fémes anyagokból áll.