يستخدم علماء الجيوفيزياء في ETH Zurich نماذج من الوشاح السفلي لتحديد المناطق التي تتصرف فيها موجات الزلزال بشكل مختلف عما كان مفترضًا سابقًا. ويشير ذلك إلى وجود مناطق من الصخور أكثر برودة، أو ذات تركيب مختلف، عن الصخور المحيطة بها. يتحدى هذا الاكتشاف فهمنا الحالي لتكتونية الصفائح الأرضية، ويقدم للباحثين لغزًا كبيرًا.
لا أحد يستطيع أن يرى داخل الأرض. ولا يمكن لأي شخص أن يحفر عميقًا بما يكفي لأخذ عينات صخرية من الوشاح، وهي الطبقة الواقعة بين قلب الأرض والخارج عنها، أو الطبقة الصلبة من الغلاف الصخري، أو قياس درجة الحرارة والضغط هناك. ولهذا السبب يستخدم الجيوفيزيائيون طرقًا غير مباشرة لمعرفة ما يجري في أعماقنا.
على سبيل المثال، يستخدمون مخططات الزلازل، أو تسجيلات الزلازل، لتحديد السرعة التي تنتشر بها موجات الزلزال. ثم يستخدمون هذه المعلومات لحساب البنية الداخلية للأرض. وهذا مشابه جدًا لكيفية استخدام الأطباء للموجات فوق الصوتية لتصوير الأعضاء أو العضلات أو الأوردة داخل الجسم دون فتحها.
توفر الموجات الزلزالية المعلومات
وإليك كيفية حدوث ذلك: عندما تهتز الأرض، تنتشر الموجات الزلزالية من مركز الزلزال في كل الاتجاهات. وفي طريقها عبر الأرض، تنكسر أو تنحرف أو تنعكس. وتعتمد السرعة التي تنتشر بها الموجات على نوع الموجة، ولكن أيضًا على كثافة ومرونة المادة التي تمر عبرها الموجات. وتسجل محطات قياس الزلازل هذه الموجات المختلفة، وعلى أساس هذه التسجيلات يستطيع الجيوفيزيائيون استخلاص استنتاجات حول بنية الأرض وتكوينها وفحص العمليات التي تجري داخلها.
وباستخدام التسجيلات الزلزالية، حدد علماء الأرض موقع الصفائح التكتونية المغمورة في جميع أنحاء وشاح الأرض. لقد وجدوها دائمًا حيث توقعوا أن تكون: في منطقة تُعرف باسم مناطق الاندساس، حيث تلتقي صفيحتان وتنخفض إحداهما تحت الأخرى إلى باطن الأرض. وقد ساعد ذلك العلماء على دراسة الدورة التكتونية للصفائح، أي ظهور وتدمير الصفائح على سطح الأرض، عبر تاريخ كوكبنا.
بقايا اللوحة حيث لا ينبغي أن يكون هناك أي شيء
ومع ذلك، فقد توصل الآن فريق من علماء الجيوفيزياء من ETH Zurich ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا إلى اكتشاف مفاجئ: باستخدام نموذج جديد عالي الدقة، اكتشفوا مناطق أخرى في باطن الأرض تبدو مثل بقايا الصفائح المغمورة. ومع ذلك، لم يتم تحديد موقعها في المكان المتوقع؛ وبدلاً من ذلك، فهي تقع تحت محيطات كبيرة أو في داخل القارات – بعيدًا عن حدود الصفائح. ولا يوجد أيضًا دليل جيولوجي على حدوث اندساس سابق هناك. وقد نشرت هذه الدراسة مؤخرا في مجلة التقارير العلمية.
الجديد في نهجهم في النمذجة هو أن الباحثين لا يستخدمون فقط نوعًا واحدًا من موجات الزلزال لدراسة البنية الداخلية للأرض، بل جميعها. ويطلق الخبراء على هذا الإجراء انعكاس الشكل الموجي الكامل. وهذا يجعل النموذج مكثفًا حسابيًا للغاية، ولهذا السبب استخدم الباحثون الكمبيوتر العملاق Piz Daint في CSCS في لوغانو. هل هناك عالم ضائع تحت المحيط الهادئ؟
يقول توماس سكوتن، المؤلف الأول ومرشح الدكتوراه في المعهد الجيولوجي التابع لـ ETH Zurich: “من الواضح أن مثل هذه المناطق في وشاح الأرض أكثر انتشارًا مما كان يُعتقد سابقًا”.
وتقع إحدى المناطق المكتشفة حديثًا تحت غرب المحيط الهادئ. ومع ذلك، وفقًا لنظريات ومعارف الصفائح التكتونية الحالية، لا ينبغي أن تكون هناك مواد من الصفائح المنغرسة هناك، لأنه من المستحيل أن تكون هناك مناطق اندساس قريبة في التاريخ الجيولوجي الحديث. ولا يعرف الباحثون على وجه اليقين ما هي المادة المستخدمة بدلاً من ذلك، وما الذي يعنيه ذلك بالنسبة للديناميكيات الداخلية للأرض. “هذه هي معضلتنا. مع النموذج الجديد عالي الدقة، يمكننا أن نرى مثل هذه الحالات الشاذة في كل مكان في وشاح الأرض. لكننا لا نعرف بالضبط ما هي أو ما هي المادة التي تخلق الأنماط التي اكتشفناها.”
يقول أندرياس فيشتنر، أستاذ ETH، إن الأمر يشبه الطبيب الذي كان يفحص الدورة الدموية بالموجات فوق الصوتية لعقود من الزمن ويجد الشرايين في المكان الذي يتوقعها بالضبط. “ثم إذا أعطيته أداة فحص جديدة وأفضل، فإنه يرى فجأة شريانًا في الأرداف لا ينتمي إليه حقًا. وهذا بالضبط ما نشعر به تجاه النتائج الجديدة”، يوضح عالم فيزياء الموجات. قام بتطوير النموذج في مجموعته وكتب الكود.
استخراج المزيد من المعلومات من الأمواج
حتى الآن، لا يمكن للباحثين سوى التكهن. يقول سكوتن: “نعتقد أن الشذوذات الموجودة في الوشاح السفلي لها أصول متنوعة”. وهو يعتقد أنه من المحتمل أنها ليست مجرد مادة من الصفائح الباردة التي غرقت في الـ 200 مليون سنة الماضية، كما كان يُفترض سابقًا. “يمكن أن تكون إما مادة قديمة غنية بالسيليكا كانت موجودة منذ تكوين الوشاح قبل حوالي 4 مليارات سنة واستمرت على الرغم من حركات الحمل الحراري في الوشاح، أو المناطق التي تتراكم فيها الصخور الغنية بالحديد نتيجة لهذه الحركات”. حركات الوشاح على مدى مليارات السنين” يلاحظ.
بالنسبة لمرشح الدكتوراه، هذا يعني قبل كل شيء أن هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث باستخدام نماذج أفضل لرؤية المزيد من التفاصيل حول باطن الأرض. يقول عالم الأرض: “إن الموجات التي نستخدمها في النموذج تمثل في الأساس خاصية واحدة فقط، وهي السرعة التي تنتقل بها عبر باطن الأرض”. ومع ذلك، فإن هذا لا ينصف الجزء الداخلي المعقد للأرض. يقول سكوتن: “علينا أن نحسب معاملات المواد المختلفة التي يمكن أن تولد السرعات المرصودة لأنواع الموجات المختلفة. بشكل أساسي، علينا أن نتعمق أكثر في خصائص المواد وراء سرعة الموجة”.
مرجع
إطلاق النار على TLA، فرايد إل، نوي إس وآخرون. يكشف انعكاس الشكل الموجي الكامل عن أصول متنوعة لشذوذات سرعة الموجة الإيجابية للوشاح السفلي. مندوب العلوم 14, 26708 (2024). دوى: 10.1038/s41598-024-77399-2
