دانشمندان دو منطقه به‌اندازه قاره در اعماق گوشته زمین کشف کرده‌اند که در مطالعه‌ای اخیر از آنها به عنوان “جزایر” یاد شده است.
تحقیقات دانشگاه اوترخت نشان می‌دهد که این مناطق نه تنها از محیط اطراف خود داغ‌تر هستند، بلکه بسیار قدیمی بوده و قدمت آنها به حداقل نیم میلیارد سال یا بیشتر می‌رسد.
یافته‌ها نظریه‌های مرسوم درباره گوشته زمین را به چالش می‌کشد
به‌طور سنتی، گوشته زمین به عنوان سیستمی با جریان سریع و مخلوط‌شده تلقی می‌شد، اما این تحقیقات نشان می‌دهد که جریان در گوشته بسیار کمتر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد.
جزایر پنهان درون زمین
این جزایر زیرزمینی در عمق ۲۰۰۰ کیلومتری (۱۲۰۰ مایلی) زیر سطح زمین دفن شده‌اند و ارتفاعی در حدود ۱۰۰۰ کیلومتر (۶۲۰ مایل) دارند که از تمام قله‌های کوه‌های سطح زمین و دیگر سیارات منظومه شمسی بزرگ‌تر هستند.
این مناطق که در زیر آفریقا و اقیانوس آرام قرار دارند، برای اولین بار در اواخر قرن بیستم از طریق تحلیل‌های لرزه‌ای شناسایی شدند.
وقتی زمین‌لرزه‌های بزرگ رخ می‌دهد، زمین مانند زنگ صدا می‌کند و نوساناتی ایجاد می‌شود که لرزه‌شناسان می‌توانند از آنها برای شناسایی ناهنجاری‌های زیرسطحی استفاده کنند.
استان‌های بزرگ با سرعت لرزه‌ای پایین (LLSVPها)
مطالعات نشان داده‌اند که این مناطق، که اکنون با نام استان‌های بزرگ با سرعت لرزه‌ای پایین شناخته می‌شوند، وجود دارند.
آروین دیوس، لرزه‌شناس از دانشگاه اوترخت و نویسنده ارشد این مطالعه، توضیح می‌دهد:
“هیچ‌کس نمی‌داند این مناطق دقیقاً چه هستند و اینکه آیا پدیده‌ای موقتی‌اند یا میلیون‌ها یا حتی میلیاردها سال است که وجود دارند.”
فرایند فرورانش و ستون‌های گوشته
این جزایر توسط گورستانی از صفحات تکتونیکی سرد احاطه شده‌اند که از طریق فرایند فرورانش (سقوط یک صفحه زیر صفحه دیگر) به درون گوشته زمین فرو رفته‌اند.
برخلاف مناطق اطراف، امواج لرزه‌ای در LLSVPها به دلیل دمای بالای آنها به شدت کند می‌شوند.
گوشته زمین همچنان یک راز است
برای مطالعه دقیق‌تر این ساختارها، دیوس و همکارش سوجانیا تالورا-سوزا رویکرد جدیدی برای مطالعه امواج لرزه‌ای به کار گرفتند.
علاوه بر تحلیل کاهش سرعت امواج، آنها میزان تضعیف یا از دست دادن انرژی امواج را هنگام عبور از زمین اندازه‌گیری کردند.
“بر خلاف انتظار ما، در LLSVPها تضعیف کمی مشاهده شد که باعث می‌شد صداهای لرزه‌ای در این مناطق بسیار بلند شنیده شوند. اما در گورستان صفحات سرد، تضعیف زیادی وجود داشت که صداها را بسیار نرم نشان می‌داد.” – تالورا-سوزا
اندازه دانه‌ها در LLSVPها
نتایج غیرمنتظره باعث شد تیم تحقیقاتی به بررسی خواص مواد موجود در LLSVPها بپردازد.
بر اساس تحلیل‌های معدنی، اندازه دانه‌ها نقشی کلیدی ایفا می‌کند.
- در گورستان صفحات سرد، صفحات تکتونیکی به دانه‌های کوچک بلوری دوباره متبلور می‌شوند که منجر به از دست دادن انرژی زیاد در هنگام عبور امواج از مرزهای دانه‌ها می‌شود.
- در مقابل، LLSVPها به نظر می‌رسد از دانه‌های بسیار بزرگ‌تر تشکیل شده باشند که به امواج اجازه عبور با حداقل تضعیف را می‌دهند.
به دلیل رشد آهسته دانه‌های معدنی، این ساختارها بسیار قدیمی‌تر از گورستان‌های سرد اطراف هستند. این امر نشان می‌دهد که LLSVPها بخشی از فرایند همرفت گوشته نیستند و برای دوره‌های طولانی تغییر نکرده‌اند.
اهمیت این کشف چیست؟
پایداری و قدمت LLSVPها مفهوم گوشته به عنوان سیستمی به‌طور یکنواخت مخلوط‌شده را به چالش می‌کشد.
تالورا-سوزا می‌گوید:
“LLSVPها به یک شکل یا شکل دیگر باید بتوانند در برابر همرفت گوشته مقاومت کنند.”
این کشف پیامدهای عمیقی برای درک تکامل زمین دارد. گوشته پدیده‌هایی مانند آتشفشان و تشکیل کوه را هدایت می‌کند.
به عنوان مثال، ستون‌های گوشته – ستون‌های مواد داغ که از اعماق زمین بالا می‌آیند – تصور می‌شود که از لبه‌های LLSVPها منشأ می‌گیرند. این ستون‌ها در نهایت باعث فعالیت‌های آتشفشانی مانند آنچه در هاوایی دیده می‌شود، می‌شوند.
مطالعه جزایر پنهان
لرزه‌شناسان برای مطالعه این مناطق عمیق به نوسانات ناشی از زمین‌لرزه‌های بزرگ، به‌ویژه آنهایی که در اعماق زیاد رخ می‌دهند، تکیه می‌کنند؛ مانند زمین‌لرزه بولیوی در سال ۱۹۹۴.
دیوس می‌گوید:
“این زمین‌لرزه در روزنامه‌ها منتشر نشد، زیرا در عمق ۶۵۰ کیلومتری رخ داد و خوشبختانه هیچ آسیبی یا تلفاتی در سطح زمین نداشت.”
از سال ۱۹۷۵، لرزه‌سنج‌ها داده‌های باکیفیتی را ثبت کرده‌اند و به محققان اجازه می‌دهند تا زمین‌لرزه‌های گذشته را برای به دست آوردن اطلاعات ارزشمند دوباره بررسی کنند.
دیدگاه جدید درباره گوشته زمین
این تحقیق دیدگاهی متحول‌کننده درباره گوشته زمین ارائه می‌دهد. برخلاف یک سیستم یکنواخت، گوشته حاوی ساختارهای باستانی و پایدار است که مدل‌های مرسوم را به چالش می‌کشد.
دیوس می‌گوید:
“گوشته زمین موتوری است که همه این پدیده‌ها را هدایت می‌کند. به عنوان مثال، ستون‌های گوشته مانند حباب‌های بزرگ مواد داغ هستند که از اعماق زمین بالا می‌آیند، مشابه آنچه در یک چراغ مذاب دیده می‌شود. و ما فکر می‌کنیم این ستون‌ها از لبه‌های LLSVPها منشأ می‌گیرند.”
کشف ویژگی‌های منحصر به فرد LLSVPها و نقش آنها در شکل‌دهی فرآیندهای سطح زمین گامی مهم به جلو در مطالعه بخش داخلی دینامیک زمین است.
این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.
