'טלסקופ' סייסמי חושף פלומה טיטנית, דמוית עץ, המזינה את הרי הגעש בכדור הארץ

כ-75% מהרי הגעש בעולם חיים לאורך השם המתאים טבעת האש. זה הגיוני. טבעת האש, מחבקת גבול בין פאטה טקטונית, היא תפר פתוח בחלק הפנימי של הפלנטה. אבל אז יש את הוואי, שרשרת של איים געשיים הממוקמת באמצע לוח האוקיינוס ​​השקט, רחוק מכל גבולות. מה מזין את האש שלו?

למדענים יש זמן רב תיאורטי שעמודים של סלע מחומם-על - פלומות חמות שדוחפות דרך המעטפת אל הקרום שמעל - מסבירים את איי הוואי ואזורים אחרים כמוהם. היכן שהעמודים הללו נוגעים לפני השטח, נוצרים נקודות חמות געשיות והקרקע מתפרצת. במשך מיליוני שנים, סנטימטר אחר סנטימטר, זה של כדור הארץ לוחות טקטוניים גוררים קרקע חדשה מעל נקודות חמות ויוצרות שרשראות וולקניות ארוכות.

התיאוריה היא ישנה, ​​אך למעשה התבוננות בנומרות המעטפת המזינות את הנקודות החמות הללו בכל פרט היא חדשה למדי. "תיאורטית, אנחנו יודעים ש[פלומות] צריכות להתקיים", הרייט לאו, גיאופיזיקאית מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי אמר לי מגזין Quanta. "אבל פשוט כל כך קשה לראות אותם מבחינה סייסמית."

אולם כעת, בדוגמה בולטת במיוחד, צוות של מדענים השלימו מפה של העולם התחתון כמעט עשור בהתהוות.

התוצאה, המוצגת להלן להפליא עבור א תכונה ב Quanta, היא אחת התמונות המפורטות ביותר עד כה - והיא מסובכת באופן מפתיע. במקום עמוד אנכי פשוט העולה דרך המעטפת, המבנה דמוי עץ, עם שורשים ליד הליבה, גזע אמצע מעטפת, ומבנים מסועפים עדינים יותר נובטים ליד פני השטח.

הפלומה מאכילה את אחד מהרי הגעש הפעילים בעולם, פיטון דה לה פורנה, באי הצרפתי ראוניון באוקיינוס ​​ההודי. אבל זה גם מסיע אזור געשי מאוד במזרח אפריקה, כ-3,000 קילומטרים משם. נסע אחורה בזמן עד שהדינוזאורים עדיין שלטו בכדור הארץ, הוא הצית אזור המכונה מלכודות Deccan. כעת בהודו של ימינו, מלכודות הדקאן שפכו מספיק לבה כדי לקבור את קליפורניה, מונטנה וטקסס.

לראות דרך האדמה מתחת לרגלינו

טלסקופ החלל האבל הוא ללא ספק פלא העולם. הדמיה של גלקסיות במרחק מיליארדי שנות אור היא מרשימה - אבל איך בדיוק רואים דרך אלפי קילומטרים של סלע? במובן מסוים, גם גיאופיזיקאים בונים 'טלסקופים'. אבל במקום לחוש אור, מערכות אלו אוספות ומנתחות את תנודות הפלנטה.

"לאנשים יש היסטוריה ארוכה יותר וזמן קל יותר להסתכל למעלה אל הכוכבים", סיסמולוגית אוניברסיטת קיימברידג', סאן קוטאר אמר לי Quanta אשתקד. "להסתכל למטה היה למעשה די מאתגר."

כדי ליצור את המודל הספציפי הזה של העולם התחתון, הצוות התבסס על נתונים מאחד ה"טלסקופים" הגדולים ביותר עד כה. בשנת 2012, ספינות הפילו 57 סיסממטרים לתוך האוקיינוס ​​סביב ראוניון. ה מערך שלם, שכללה גם 37 חיישנים יבשתיים, השתרע על פני כ-2,000 קילומטרים. במהלך 13 החודשים הבאים, החיישנים תיעדו רעידות עדינות מפעילות סייסמית המתרחשת בצד הנגדי של העולם.

כאשר רעידות אדמה מרעישות את פני השטח, הן גם מצלצלות בפנים הפלנטה כמו פעמון. על ידי מתאם אירוע סייסמי בצד אחד של העולם עם הצמרמורת שהוא מייצר בצד השני, מדענים מסיקים מה קרה ביניהם. רעידות סיסמיות נוטות לנוע לאט יותר באזורים חמים יותר מאשר אזורים קרירים יותר, למשל, כך שנומת מעטפת תאט את התקדמותן. עם מספיק חיישנים ואירועים סייסמיים, החוקרים יכולים לבנות מודל.

הדגם, במקרה הזה, היה מפתיע.

המדען מסכים שנומרות המעטפת שבבסיס נקודות חמות הן כל כך צפות ונעות במהירות שהן אמורות להתרומם ישר למעלה. הנתיבים המסתעפים באלכסון בנתונים היו בלתי צפויים.

הצוות מציע שהם מתרחשים כאשר הבדלי טמפרטורה בין חומר חם לקריר יותר גורמים לכמה אזורים של הפלומה לצוף יותר, צובטים כתמים מהחלק העליון של הגזע (או חוד) לאורך זמן, בזה אחר זה. כתמים אלו אמנם עולים אנכית אך נראה שהם יוצרים ענפים אלכסוניים מכיוון שכתמים מבוגרים עלו גבוה יותר מהצעירים. קרוב יותר לפני השטח, היכן שהמעטפת העליונה פחות צפופה, הם מתפרסים ומצמיחים ענפים דקים המזינים הרי געש על פני השטח.

מכיוון שהצוות שאב נתונים הן מהיבשה והן מחיישנים על קרקעית האוקיינוס ​​- חור מסורתי בהדמיה סיסמית - הם יוצרים את אחת התמונות השלמות ביותר של פלומת המעטפת עד כה.

ובכל זאת, בניית מודלים כאלה היא מאתגרת ותלויה במידה מסוימת בפרשנות. חפצים אחרים, כמו ההרכב המינרלי של הסלע, יכולים גם להאט גלים סיסמיים.

לכן, בעוד שהמחקר והמודל התקבלו היטב, חקר תמרות המעטפת הוא עדיין עבודה בתהליך עבור הקהילה המדעית.

אסון זמן עמוק

הדמיה של פנים כדור הארץ היא עבודה מרתקת. זה יכול לרמז לנו על שינויים פלנטריים בקנה מידה יבשתי ואפילו לבשר קטקליזמות עתידיות.

הענף של הפלומה מתחת למזרח אפריקה עשוי להיות פיצול היבשת לשניים. בעוד עשרות מיליוני שנים, הסניף הדרומי של הפלומה עשוי להעלות כתם כה טיטאני שהיא תבייש את מלכודות הדקאן. בינתיים, מקומות אחרים, כמו הר הגעש תחת ילוסטון, עדיין לא היו מחוברים לאף אחת משתי פלומות המעטפת העיקריות של כדור הארץ. תיאור שלם יותר של סיפור המקור של ילוסטון יעזור לנו להבין טוב יותר (ואולי לחזות) את עתידו הנפיץ.

יצירה זו, אם כן, היא עמוד חדש בסיפורו של כוחות אפיים מעצבים ומטפחים את כדור הארץ כפי שאנו מכירים אותו - אבל אין ספק שיש עוד הרבה מה ללמוד.

קרדיט תמונה: תצלום אוויר של מעיין חם הידרותרמי בפארק הלאומי ילוסטון. דן מאיירס / Unsplash

מקור: https://singularityhub.com/2021/10/17/seismic-telescope-reveals-a-titanic-tree-like-plume-feeding-earths-volcanoes/