Οι ήπειροι του Κάτω Κόσμου έρχονται στο επίκεντρο

Πριν από δεκαετίες, οι επιστήμονες εκμεταλλεύτηκαν για πρώτη φορά τον απόηχο των σεισμών για να φτιάξουν έναν χάρτη του βαθύ εσωτερικού της Γης. Δεν βρήκαν μόνο τα στρώματα κρεμμυδιού που μπορεί να θυμάστε από ένα σχολικό εγχειρίδιο - ο πυρήνας και ο μανδύας καλύπτονται από μια ραγισμένη κρούστα. Αντίθετα, είδαν τα ασαφή περιγράμματα δύο τεράστιων ανωμαλιών, άγνωστων μορφών που κοιτάζουν πίσω από την άβυσσο.

Με τα χρόνια, οι καλύτεροι χάρτες συνέχισαν να παρουσιάζουν τα ίδια χαρακτηριστικά. Κάποιος στριμώχνεται κάτω από την Αφρική. το άλλο είναι κάτω από τον Ειρηνικό. Παραμονεύουν εκεί που ο λιωμένος σιδερένιος πυρήνας του πλανήτη συναντά τον βραχώδη μανδύα του, που επιπλέει σαν μεγάλες ήπειροι στον κάτω κόσμο. Τα υψηλότερα σημεία τους μπορεί να είναι πάνω από 100 φορές το ύψος του Έβερεστ. Και αν με κάποιο τρόπο τα φέρατε στην επιφάνεια, ο Θεός φυλάξοι, περιέχουν αρκετό υλικό για να καλύψει ολόκληρη την υδρόγειο σε μια λίμνη λάβας βάθους περίπου 100 χιλιομέτρων.

«Θα ήταν σαν να έχεις ένα αντικείμενο στον ουρανό και να ρωτάς:«Αυτό είναι το φεγγάρι;» Και οι άνθρωποι είναι σαν, όχι. «Είναι αυτός ο ήλιος;» Όχι. «Τι είναι;» Δεν ξέρουμε!» είπε ο Vedran Lekić, σεισμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Maryland. "Και ό,τι κι αν είναι, είναι στενά συνδεδεμένο με την εξέλιξη της Γης."

Το πρώτο μυστήριο αυτών των ογκωδών, κρυφών σεισμικών χαρακτηριστικών είναι αν είναι φτιαγμένα από διαφορετικό υλικό από τον υπόλοιπο μανδύα της Γης. Το δεύτερο:Πώς αυτά τα μοτίβα στο βάθος αφήνουν ίχνη στον επιφανειακό μας κόσμο;

Καμία περίπτωση δεν έχει διευθετηθεί. Αλλά τα τελευταία χρόνια, πολλοί επιστήμονες της γης έχουν αρχίσει να υποστηρίζουν ότι αυτά τα ασαφή σχήματα είναι σωροί από πυκνούς, σιγοκαίειους βράχους που χρονολογούνται από την αυγή του πλανήτη. Και πολλές μελέτες τον περασμένο χρόνο υποστήριξαν ότι η επίμονη επιρροή τους μπορεί να είναι υπεύθυνη για μακροχρόνια αινιγματικά μοτίβα σε ηφαιστειακά θερμά σημεία όπως η Χαβάη.

«Αυτά είναι τα μεγαλύτερα πράγματα στον πλανήτη», είπε ο Εντ Γκαρνέρο, σεισμολόγος στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. "Μόλις πρόσφατα άρχισα να σκέφτομαι, "Ουάου, αυτό είναι δυνητικά εξαιρετικά βαθύ."

Πυρήνας του θέματος

Εάν ένας παντοδύναμος επιστημονικός εικονογράφος μείωνε στο μισό τη Γη, θα έπρεπε πρώτα να κόψει τον λεπτό φλοιό στον οποίο ζούμε, ο οποίος είναι σπασμένος σε μεταβαλλόμενες τεκτονικές πλάκες. Μετά θα περνούσαν μέσα από τον βραχώδη μανδύα. Μόνο στα 2.900 χιλιόμετρα κάτω, περίπου στα μισά του δρόμου προς το κέντρο, θα χτυπούσαν το όριο πυρήνα-μανδύα.

Για να χαρτογραφήσουν αυτό το μέρος της Γης, οι σεισμολόγοι χρησιμοποιούν τα κύματα που εκλύονται από τους σεισμούς. Καθώς τα κύματα κροταλίζουν προς τα έξω, αλλάζουν ταχύτητα ανάλογα με το υλικό από το οποίο περνούν. Αυτό τους κάνει να φτάνουν σε διαφορετικούς σταθμούς παρακολούθησης σε διαφορετικές ώρες. Το 1984, ο ερευνητής του Χάρβαρντ Adam Dziewonski ενσωμάτωσε για πρώτη φορά δεδομένα από πολλούς διαφορετικούς σεισμούς σε έναν παγκόσμιο χάρτη. Οι δύο σταγόνες εμφανίστηκαν αμέσως, κολλημένες στον πυρήνα και στις δύο πλευρές όπως τα πλαϊνά ψωμάκια Princess Leia.

Σε αυτές τις περιοχές, τα σεισμικά κύματα φαίνεται να επιβραδύνουν, υποδηλώνοντας ότι οι σταγόνες είναι πιο ζεστές από τον περιβάλλοντα μανδύα. Πώς το ξέρουμε αυτό; Ο βράχος διαστέλλεται όταν θερμαίνεται. Αυτό κάνει τα κύματα να ταξιδεύουν αργά μέσα από θερμές περιοχές, είπε ο Garnero, όπως οι πιο αργές δονήσεις που κινούνται μέσα από μια χαλαρή χορδή κιθάρας.

Τα επιβραδυνόμενα κύματα έδωσαν σε αυτά τα χαρακτηριστικά το επίσημο όνομά τους:μεγάλες επαρχίες χαμηλής διάτμησης ή LLSVP - μια μη μαγική συντομογραφία που μπορεί να συνέβαλε στο χαμηλό προφίλ του θέματος. «Εμείς φταίμε επίσης», είπε η Sanne Cottaar, σεισμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Cambridge, «για την εσφαλμένη ονομασία αυτού του χαρακτηριστικού τόσο άσχημα».

Στην αρχή, οι επιστήμονες της γης που σκέπτονταν αυτά τα ζεστά μπαλώματα υποστήριξαν ότι το ένα προφανές χαρακτηριστικό τους, η ζεστασιά, ήταν εκεί που τελείωσε η ιστορία. Κάποιοι εξακολουθούν να το κάνουν.

Αυτή η σχολή σκέψης υποστηρίζει ότι οι σταγόνες είναι ως επί το πλείστον μόνο θερμικά χαρακτηριστικά. Με την πάροδο του χρόνου, ο μανδύας στριφογυρίζει σαν μια αφόρητα αργή κατσαρόλα με νερό. Η θερμότητα προέρχεται από τον πυθμένα, όπου ο μανδύας αγγίζει τον πυρήνα, και αυτή η θερμότητα αναγκάζει το βράχο στο μανδύα να εκτιναχθεί σε λοφία. Όπου οι σεισμολόγοι χαρτογραφούν τις σταγόνες, θα μπορούσαν απλώς να βλέπουν τις θολές βασικές περιοχές των μεγαλύτερων συστάδων καυτών λοφίων του κόσμου.

Σε αυτήν την άποψη, οι σταγόνες αποτελούνται κυρίως από το ίδιο υλικό με τον υπόλοιπο μανδύα. Και η τοποθέτησή τους υπαγορεύεται από την τεκτονική των πλακών από ψηλά, όχι από οτιδήποτε εγγενές και τρομακτικό σε αυτές τις περιοχές. Όταν μια τεκτονική πλάκα στον φλοιό της Γης ωθείται κάτω από την άλλη σε μια διαδικασία που ονομάζεται υποβύθιση, βυθίζεται. Αυτό στέλνει πιο κρύο βράχο στον μανδύα.

Ωστόσο, καμία πλάκα δεν έχει υποχωρήσει πάνω από τις περιοχές των σταγόνων τα τελευταία εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, είπε η Saskia Goes του Imperial College του Λονδίνου. "Είναι η απουσία κρύου υλικού που τα κάνει σχετικά ζεστά."

Το αντίπαλο στρατόπεδο, εν τω μεταξύ, δεν αμφιβάλλει ότι τα λοφία αναδύονται από τις περιοχές των καυτών σταγόνων. Απλώς υποστηρίζουν ότι οι σταγόνες είναι ξεχωριστές από μόνες τους.

Από τα μέσα της δεκαετίας του 2000, αρκετές ομάδες σεισμολόγων έχουν εξετάσει τα σήματα σεισμών που βόσκουν τις άκρες αυτών των περιοχών. Αυτά τα σήματα δείχνουν περίπλοκα μοτίβα, υποδεικνύοντας ότι τα κύματα διέσχιζαν ένα σχετικά καθαρό όριο. Αυτό υποδηλώνει ότι οι άκρες των σταγόνων σηματοδοτούν μια μετάβαση μεταξύ των υλικών, όχι μόνο της θερμοκρασίας.

Από αυτή την άποψη, οι σταγόνες είναι οι λεγόμενοι θερμοχημικοί σωροί, συστάδες πυκνών πετρωμάτων με ξεχωριστή χημική σύνθεση. Λόγω της παρατεταμένης επαφής τους με τον πυρήνα, είναι πιο ζεστά από τον υπόλοιπο μανδύα, προκαλώντας τη βλάστηση των λοφίων.

Υποθέτοντας ότι οι σταγόνες είναι διακριτές, θα μπορούσαν να είναι παλιές - τα τελευταία επιζώντα απομεινάρια της βρεφικής Γης. Μια βασική ιδέα είναι ότι σχηματίστηκαν όταν ολόκληρος ο κάτω μανδύας ήταν ένας ωκεανός από μάγμα, λίγο μετά τη γέννηση του πλανήτη. Ο βράχος άρχισε να κρυώνει και να κρυσταλλώνεται, αλλά ο σίδηρος παρέμεινε λιωμένος στον ωκεανό μάγμα, είπε ο Nicolas Coltice στην École Normale Supérieure στο Παρίσι. Στη συνέχεια, όταν κρυσταλλώθηκαν τα τελευταία κατακάθια μάγματος, ήταν τόσο πυκνά και πλούσια σε σίδηρο που βυθίστηκαν στο κάτω μέρος του μανδύα, σχηματίζοντας τις σταγόνες.

Εκεί κάτω, θα είχαν αντέξει στον μεγαλύτερο κατακλυσμό του πρώιμου πλανήτη:μια υποθετική πρόσκρουση με ένα σώμα μεγέθους Άρη που ονομάζεται Theia που τελικά γέννησε το φεγγάρι. Ή, εικάζει ο Garnero, οι πυκνοί, διακριτοί σωροί μπορεί να είναι ακόμη και θραύσματα της ίδιας της Θείας, για πάντα θαμμένα στη βαθιά Γη.

Από τη θερμική μόνο άποψη, οι τεκτονικές πλάκες είναι οι πραγματικοί κινητές και δονητές του κόσμου, που υπαγορεύουν πού συμβαίνει η ανύψωση. Αλλά το στρατόπεδο των θερμοχημικών πασσάλων πιστεύει ότι οι καυτές, βαριές, σταθερές σταγόνες θα είχαν περισσότερο έναν διάλογο πέρα ​​δώθε με το τεκτονικό σύστημα στην επιφάνεια. Τα ψυχρά ρεύματα από τις βυθιζόμενες πλάκες θα έσπρωχναν τις σταγόνες γύρω γύρω σαν το Silly Putty. Με τη σειρά του, η ανερχόμενη θερμότητα από τις ζεστές σταγόνες θα ωθούσε τις πλάκες ακριβώς πίσω.

Hot Spot Puzzles

Για να ελέγξουν πόσο βοηθούν οι σταγόνες στον πιλότο του γεωφυσικού πλοίου, οι επιστήμονες κοίταξαν τη Χαβάη. Τον περασμένο χρόνο, οι ερευνητές επικαλέστηκαν τις σταγόνες για να λύσουν εκεί δύο μακροχρόνιους γρίφους.

Σκεφτείτε πρώτα την αλυσίδα Χαβάης-Αυτοκράτορα, ένα τμήμα νησιών και υποθαλάσσιων βουνών. Η αλυσίδα ξεκινά από το μεγάλο νησί που εξακολουθεί να αναπτύσσεται και εκτείνεται σε 6.200 χιλιόμετρα, καταλήγοντας κοντά στη Ρωσία. Οι γεωλόγοι έχουν από καιρό εξηγήσει την αλυσίδα ως ένα καυτό σημείο:Καθώς η πλάκα του Ειρηνικού γλιστρά πάνω από ένα σταθερό λοφίο μανδύα, το λοφίο ωθεί προς τα επάνω νέα ηφαιστειακά νησιά από κάτω.

Το μόνο πρόβλημα είναι η στροφή. Το χτύπημα στη μέση της αλυσίδας είναι μια στροφή 60 μοιρών. Η κάμψη, σκέφτηκαν οι γεωφυσικοί, προήλθε από μια παλιά μετατόπιση στην κίνηση της πλάκας.

Αλλά για να χωρέσουν πραγματικά όλα τα δεδομένα, υποστήριξε μια ομάδα αυτόν τον Ιούλιο, το λοφίο πρέπει να έχει μετακινηθεί επίσης. Και για αυτό κατηγορούν τη σταγόνα.

Προηγούμενες μελέτες έδειξαν ότι το λοφίο της Χαβάης μπορεί να φύτρωσε μακριά από την άκρη της σταγόνας του Ειρηνικού, δήλωσε ο John Tarduno από το Πανεπιστήμιο του Rochester, συν-συγγραφέας της νέας εργασίας. Αλλά τα ρεύματα στον μανδύα θα είχαν παραμορφώσει τη σταγόνα και θα είχαν τραβήξει το λοφίο προς το μέρος της. Τελικά το λοφίο θα είχε παρκάρει μόνο του κοντά στην άκρη της σταγόνας.

Η σύνδεση μεταξύ της Χαβάης και της σταγόνας του Ειρηνικού θα μπορούσε με τη σειρά της να λύσει έναν άλλο, πιο διαδεδομένο γρίφο.

Οι γεωχημικοί προσπάθησαν εδώ και καιρό να εξηγήσουν γιατί η λάβα από τη Χαβάη και άλλες τοποθεσίες καυτών σημείων όπως η Σαμόα, τα νησιά Γκαλαπάγκος και η Ισλανδία έχει μοναδικές χημικές υπογραφές. Για παράδειγμα, η λάβα από αυτά τα καυτά σημεία περιέχει μια σχετικά υψηλή συγκέντρωση ηλίου-3 - ένα αρχέγονο λείψανο που προϋπήρχε της προέλευσης του ηλιακού συστήματος. Οι επιστήμονες βρήκαν παρόμοιο μοτίβο στα ισότοπα νέον, που πιστεύεται ότι είναι παρόμοια αρχαία, και στα ισότοπα βολφραμίου και ξένου, που σχηματίστηκαν και τα δύο από τη ραδιενεργή διάσπαση άλλων στοιχείων αμέσως μετά τη γέννηση της Γης.

Τον Ιούλιο, μια ομάδα με επικεφαλής τον Curtis Williams, έναν γεωχημικό στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis, δημοσίευσε προσομοιώσεις που εντόπισαν τα λοφία κάτω από θερμά σημεία πίσω από τον ρέοντα μανδύα. Βρήκαν ότι αυτά τα λοφία φτάνουν μέχρι τις σταγόνες και φέρνουν μαζί τους μοναδική χημεία. «Από όποιο μέρος του μανδύα [τα λοφία] προέρχονται», είπε ο Γουίλιαμς, «είναι πολύ παλιό».

Τα ευρήματα επιβεβαιώνουν ότι οι σταγόνες πρέπει να είναι κατασκευασμένες από «αρχαία υλικά», δήλωσε η Roberta Rudnick, γεωχημικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα. "Είναι πολύ συναρπαστικές στιγμές."

Καθώς τα λοφία και οι δίνες στροβιλίζονται γύρω από τις σταγόνες, τα ρεύματα μπορεί μερικές φορές να αιχμαλωτίζουν μικρές συστάδες του ίδιου του υλικού της σταγόνας, εξηγώντας την παράξενη εμφάνιση των λάβων με καυτά σημεία πολύ ψηλά. Αλλά μεγαλύτερα κομμάτια μπορεί επίσης να σπάσουν περιστασιακά και αυτό μπορεί να συνδέεται με ένα ακόμη ύποπτο μοτίβο.

Σύμφωνα με μελέτες με επικεφαλής τον Trond Torsvik στο Πανεπιστήμιο του Όσλο, οι σταγόνες φαίνεται επίσης να συνδέονται με περίπου δύο δωδεκάδες επιφανειακές περιοχές που ονομάζονται μεγάλες πυριγενείς επαρχίες - μέρη όπου, πολλές φορές στο παρελθόν της Γης, εκατομμύρια κυβικά χιλιόμετρα λάβας ξεχύθηκαν στην επιφάνεια σαν μέσα από ανοιχτές πληγές. Πολλά από αυτά τα γεγονότα συνδέονται με μαζικές εξαφανίσεις, όπως το Great Dying, το μεγαλύτερο επεισόδιο εξόντωσης ζωής των τελευταίων μισών δισεκατομμυρίων ετών.

Εάν αυτός ο συσχετισμός δεν είναι τυχαίος, ο Lekić εικάζει ότι αυτά τα γεγονότα θα μπορούσαν να είναι ακόμη και το αποτέλεσμα των blobettes που αποκόπτουν τις κύριες δομές. Αν σημανθούν στην επιφάνεια, θα ήταν αρκετά ζεστά που λιώνουν οι βράχοι για να προκαλέσουν αυτές τις γιγάντιες, συνεχείς εκρήξεις. Με τη σειρά του, αυτός ο ηφαιστειογενής θα μπορούσε να είχε αλλάξει το κλίμα και να οδηγήσει ακόμη και σε μαζικές εξαφανίσεις. Μια τέτοια ακολουθία, εάν επαληθευτεί, θα ήταν η απόλυτη προκατακλυσμιαία ωρολογιακή βόμβα — αποκαλυπτικές εξαφανίσεις που προκαλούνται από υπόγειες δομές θαμμένες από τη γέννηση του κόσμου.

Από κοντά, το βαθύ υπόγειο είναι πιθανώς πιο ογκώδες από ό,τι φαίνεται, με περισσότερες από δύο σταγόνες, είπε ο Garnero, όπως οι χάρτες του κόσμου μας έχουν τόσο μεγάλες ηπείρους όσο και μικρότερα νησιά και χερσονήσους. Μικρότεροι σβώλοι ζεστού υλικού μπορεί να φύγουν από τις κύριες σταγόνες και να παρασυρθούν αλλού, εξηγώντας χαρακτηριστικά όπως το Yellowstone, το οποίο είναι πιο δύσκολο να συνδεθεί με οτιδήποτε στο βαθύ μανδύα από τα καυτά σημεία του νησιού.

Ωστόσο, ακόμη και μια γενιά μετά την εμφάνιση των σταγόνων στην όραση, οι επιστήμονες της γης εξακολουθούν να έχουν κολλήσει να τελειοποιούν τις μετρήσεις τους και τα μοντέλα τους για το τι μπορεί να σημαίνουν τα δεδομένα. «Οι άνθρωποι είχαν μια μεγαλύτερη ιστορία και μια πιο εύκολη στιγμή κοιτάζοντας τα αστέρια», είπε ο Cottaar. "Το να κοιτάξεις κάτω ήταν πραγματικά αρκετά δύσκολο."

Αυτό το άρθρο ανατυπώθηκε στις  TheAtlantic.com .