Wśród tych struktur znajdują się dwie gigantyczne masy skalne, określane mianem „superkontynentów”. Są one zanurzone głęboko w płaszczu Ziemi, otoczone pozostałościami dawnych płyt tektonicznych. Jeden z tych kontynentów ukrywa się pod Afryką, drugi pod Oceanem Spokojnym. Dzięki nowoczesnym technikom analizy danych sejsmicznych naukowcy odkryli nieznane wcześniej szczegóły na temat tych olbrzymich struktur. Okazuje się, że mogą one pełnić funkcję „kotwic” stabilizujących płaszcz oraz być znacznie starsze, niż dotąd przypuszczano.
Przełomowe odkrycie naukowców
To przełomowe odkrycie podważa wcześniejsze teorie zakładające, że wnętrze Ziemi jest dobrze wymieszane. Ukryte struktury, takie jak te superkontynenty, mogą odgrywać kluczową rolę w ruchu płyt tektonicznych i wpływać na aktywność płaszcza w sposób, który do tej pory pozostawał zagadką. Wyniki badań opublikowano 22 stycznia w prestiżowym czasopiśmie Nature.
– Te ustalenia pomogą nam lepiej zrozumieć dynamikę płaszcza Ziemi oraz tektonikę płyt, a co za tym idzie, także zjawiska, które obserwujemy na powierzchni, jak trzęsienia ziemi i erupcje wulkaniczne – wyjaśniła Claire Richardson, doktorantka z Arizona State University, niezwiązana z badaniami.
– Badanie fizycznych, termicznych i chemicznych właściwości skał znajdujących się niemal 3000 kilometrów pod naszymi stopami, w warunkach ekstremalnych temperatur i ciśnienia, to prawdziwe wyzwanie – dodała Richardson w rozmowie z CNN. – Wciąż mamy więcej pytań niż odpowiedzi, ale każde nowe badanie przybliża nas do odkrycia prawdy o wnętrzu naszej planety – podkreśliła.
Wskazówki zapisane w falach sejsmicznych
Superkontynenty po raz pierwszy zaobserwowano około 50 lat temu. Zostały one wykryte jako anomalie w danych sejsmicznych generowanych przez trzęsienia ziemi o sile wystarczającej, by fale sejsmiczne przemieszczały się przez całą planetę. Gdy napotykają one nietypowe struktury w płaszczu, ich prędkość ulega zmianie, co daje naukowcom cenne wskazówki na temat głębokiego wnętrza Ziemi.
Przez dziesięciolecia analizy sejsmiczne wykazały, że te podziemne struktury zajmują około 20 procent granicy między płaszczem a jądrem. Każda z nich rozciąga się na setki tysięcy kilometrów kwadratowych, a ich wysokość może osiągać nawet 965 kilometrów. Mimo to ich dokładny skład i rola w dynamicznych procesach Ziemi pozostawały zagadką.
Badania dr Sujanii Talavera-Sozy z Uniwersytetu w Utrechcie wykazały, że fale sejsmiczne zwalniają o około 2 procent po dotarciu do tych masywnych struktur. To spowolnienie pozwala domniemywać, że regiony te są cieplejsze niż otaczające je skały. Wcześniejsze analizy nie pozwalały jednak określić, czy są to aktywne elementy konwekcji płaszcza, czy jedynie „gęste stosy materii”, które pozostają nieruchome.
– Ich pochodzenie i trwałość to temat wielkiej debaty – mówi Talavera-Soza.
Starsze niż „cmentarzyska płyt tektonicznych”
Inne badania sugerują, że superkontynenty otaczają struktury znane jako „cmentarzyska płyt tektonicznych” – obszary, w których dawne płyty tektoniczne uległy zatonięciu. Te strefy są chłodniejsze i mają inną strukturę niż tajemnicze superkontynenty.
Nowy model badawczy wykazał, że podczas gdy fale sejsmiczne zwalniają w rejonie LLSVP (obszarów o niskiej prędkości ścinania), nie tracą one tam zbyt wiele energii. Natomiast w chłodniejszych „cmentarzyskach” płyt tektonicznych obserwuje się silne tłumienie fal.
Naukowcy sugerują, że ta różnica wynika z wieku struktur. W miarę jak materiał skalny zapada się w głąb płaszcza, jego kryształy mineralne ulegają przemianom, stopniowo zmniejszając się i ponownie rosnąc. Starsze regiony mają większe ziarna mineralne, które pochłaniają mniej energii sejsmicznej, co oznacza, że superkontynenty są znacznie starsze niż otaczające je „cmentarzyska płyt”.
– Nasze badanie wskazuje, że LLSVP istnieją od co najmniej pół miliarda lat, a być może nawet dłużej – wyjaśnia Talavera-Soza. – Są stabilnymi kotwicami u podstawy płaszcza i jądra, co sugeruje, że płaszcz Ziemi nie jest tak dobrze wymieszany, jak wcześniej sądzono – dodała.
To odkrycie wpisuje się w rosnący zbiór dowodów na istnienie jeszcze większej liczby zatopionych struktur w głębi Ziemi. Niedawne badania wykazały, że płyty tektoniczne mogą zapadać się w miejscach dalekich od stref subdukcji – pod kontynentami i oceanami, gdzie wcześniej nie wykrywano takich zjawisk.
Nowy model sejsmiczny, będący pierwszą trójwymiarową mapą tłumienia fal dla całego płaszcza, pozwoli badaczom lepiej zrozumieć, co kryje się w głębi Ziemi. Być może dalsze badania ujawnią, że superkontynenty są skarbnicą pierwiastków pochodzących z początków naszej planety – czegoś, co geochemicy będą chcieli dokładnie zbadać.
Czytaj też:
Wyjaśniono zagadkę mini-księżyca? Rozwiązanie może być prosteCzytaj też:
Asteroida zmierza w stronę Ziemi. Może w nią uderzyć