199910_podziemne_fale.pdf

GEOFIZYKA

ZAPADAJCE SI¢ PüYTY

TEKTONICZNE

Podziemne fale?

Spr o ruchy p¸aszcza Ziemi

zaýegnany dzi«ki nowej hipotezie

N ajwaýniejsze rzeczy zwykle

670 km

dziej si« za kulisami; nasza

planeta nie jest wyjtkiem od

tej zasady. Ska¸y p¸aszcza ziemskiego

s tak gorce, ýe potrafi p¸yn jak pod-

grzane toffi Ð rzebi od ærodka krajo-

braz planety, przepychajc po jej po-

wierzchni p¸yty litosfery. Kiedy si«

zderz, spi«trzaj si« w ¸aÄcuchy gr-

skie lub pogrýaj si« w leýcej pod ni-

mi lepkiej skale. Po milionach lat zno-

wu wynurzaj si« na powierzchni« jako

sk¸adniki lawy wydobywajcej si«

z grzbietw ærdoceanicznych.

Bez tego skalnego obiegu zamkni«te-

go Ziemia by¸aby tak ja¸owa i pozna-

czona krostowatymi bliznami jak po-

wierzchnia Ksi«ýyca. Sposb, w jaki

porusza si« jej gruby na blisko 3000 km

p¸aszcz, do dziæ pozostaje jedn z naj-

wi«kszych tajemnic. Po 30 latach za-

ýartych dyskusji wysuni«to w¸aænie hi-

potez«, ktra by moýe zaýegna spr

o dynamik« p¸aszcza.

Od lat pi«dziesitych naszego stule-

cia geochemicy wyobraýali sobie, ýe

p¸aszcz zachowuje si« jak dwa ustawio-

ne jeden na drugim garnki: u gry du-

si si« warstwa uboýsza w pierwiastki

promieniotwrcze, a pod ni Ð radioak-

tywna, ktra nigdy si« z grn nie mie-

sza. Wczesne sejsmiczne sondowania

p¸aszcza pozwoli¸y odkry nag¸ zmia-

n« g«stoæci ska¸ na g¸«bokoæci mniej wi«-

cej 670 km, tak w¸aænie granic«, ktra

moýe zapobiega mieszaniu si« warstw.

Co wi«cej, istnienie warstwy bogatej

w pierwiastki promieniotwrcze mo-

g¸oby wyjaæni, dlaczego Ziemia wy-

twarza wi«cej ciep¸a, niý powinna.

Wraz z pojawieniem si« lepszych i

dok¸adniejszych danych sejsmolodzy

zacz«li postrzega p¸aszcz jak gigantycz-

ny gar gotujcej si« zupy. Ujrzeli zary-

sy p¸yt tektonicznych, ktre zapada-

¸y si« znacznie g¸«biej niý na 670 km.

ãTrudno zachowa warstwy, gdy ca¸y

czas wszystko w ærodku si« mieszaÓ Ð

mwi Louise H. Kellogg z University of

California w Davis, zajmujca si« mo-

delowaniem p¸aszcza. P¸yty przebijaj

barier« 670 km, poniewaý minera¸y po-

niýej s ciaæniej upakowanymi forma-

mi tych, ktre leý wyýej Ð stawiaj wi«c

mniejszy opr, niý gdyby by¸y to ca¸-

kiem inne substancje.

ãPrzez d¸ugi czas po prostu nie brano

pod uwag« innych modeliÓ Ð mwi Rob

2900 km

JDRO

PLASTYCZNY PüASZCZ ZIEMI moýe p¸yn (strza¸ki) w postaci dwch warstw.

P¸yty tektoniczne ulegaj subdukcji i zapadajc si« w p¸aszczu, przechodz przez jego

grn warstw«, lecz nie przebijaj hipotetycznej g«stszej warstwy, ktra leýy niýej.

D. van der Hilst, sejsmolog z Massachu-

setts Institute of Technology. Ostatnio

jednak naukowcy natrafili na wskazw-

ki, ktre zdaj si« godzi sejsmologicz-

ne obserwacje g¸«boko zapadni«tych

p¸yt tektonicznych z geochemicznym

wymogiem istnienia odizolowanej war-

stwy wytwarzajcej ciep¸o.

Mniej wi«cej dwa lata temu van der

Hilst zauwaýy¸, ýe obraz sejsmiczny cz«-

sto zaciera si« poniýej 1700 km. ãGdy-

byæmy mieli do czynienia z prostym

p¸yni«ciem ca¸ego p¸aszcza, w kaýdym

miejscu obserwowalibyæmy taki sam

profil sejsmicznyÓ Ð mwi. To sejsmicz-

ne zacieranie prbowano wyjaæni dzi«-

ki teorii wysuni«tej przez geofizyka

z Harvard University Richarda OÕCon-

nella i jego zesp¸ Ð mia¸y powodowa

je bble radioaktywnej ska¸y wznosz-

ce si« ku grze w dolnym p¸aszczu.

Van der Hilst podejrzewa¸ jednak, ýe

w miar« rozgrzewania si« ãkropleÓ

wsika¸yby w otaczajce je ska¸y i znika-

¸y. Wed¸ug niego w tej sytuacji duýo le-

piej poradzi¸aby sobie izolowana war-

stwa, zajmujca najniýsz trzeci cz«æ

p¸aszcza. Posi¸kujc si« symulacj kom-

puterow, van der Hilst, Kellogg oraz

Bradford H. Hager Ð ich kolega z MIT

Ð ustalili, ýe warstwa ska¸y, g«stoæci za-

ledwie o 4% wi«kszej od g«stoæci gr-

nego p¸aszcza, moýe przetrwa miliar-

dy lat. Gor«tsza niý po¸oýona wyýej

warstwa gdzieniegdzie wybrzusza¸aby

si« jak podgrzewany wosk w ãlampie

lawowejÓ (modnym rekwizycie psycho-

delicznym lat szeædziesitych Ð przyp.

red.); nigdy jednak nie tworzy¸aby bbli

odseparowanych od macierzystej war-

stwy jak w hipotezie OÕConnella.

ãJedn z najwi«kszych zalet naszego

modelu jest to, ýe dopuszcza on zarw-

no istnienie zbiornikw o rýnym sk¸a-

dzie, jak i zapadanie si« p¸yt tektonicz-

nych w niektrych miejscach na znaczne

g¸«bokoæciÓ Ð mwi Kellogg. Pod wp¸y-

wem zapadania si« ch¸odniejszych p¸yt

tektonicznych hipotetyczna dolna war-

stwa staje si« coraz cieÄsza i niekiedy za-

nika aý do granicy p¸aszcza z jdrem.

Don L. Anderson, sejsmolog z Cali-

fornia Institute of Technology, uwaýa

jednak, ýe p¸yty nie dotar¸yby tak g¸«-

boko, gdyby zesp¸ Kellogg oprcz tem-

peratury i g«stoæci uwzgl«dni¸ dodat-

kowo ciænienie. ãPrzy bardzo wysokich

ciænieniach potrzeba ogromnych rýnic

temperatury, by coæ ton«¸o bd wyp¸y-

wa¸o Ð twierdzi. Cho pe¸en wtpliwoæci,

Anderson, ktry od dawna przekony-

wa¸, ýe w dolnej cz«æci p¸aszcza istnieje

wyrana warstwa, nie jest zaskoczony

nowymi odkryciami. Ð Przez ca¸e lata

prbowa¸em sk¸oni ludzi zajmujcych

si« modelowaniem do wzi«cia pod uwa-

g« p¸ynw warstwowanychÓ Ð dodaje.

Oprcz Andersona jest jeszcze co naj-

mniej jeden geochemik, ktremu podo-

ba si« pomys¸ z warstw p¸aszcza. Al-

brecht W. Hofmann z Max-Planck Institut

fr Chemie w Moguncji uwaýa, ýe ta g¸«-

boka warstwa mog¸aby s¸uýy jako zbior-

nik promieniotwrczej energii zamiast

hipotetycznej warstwy na g¸«bokoæci

670 km. ãOgraniczenia, jakie sobie narzu-

ciliæmy, nie maj juý w¸aæciwie racji bytuÓ

Ð powiedzia¸ Hofmann podczas wyst-

pienia na czerwcowym posiedzeniu

American Geophysical Union.

Na tym samym spotkaniu grupa

OÕConnella przedstawi¸a wyniki swoich

obliczeÄ. Wynika¸o z nich, ýe gdy bble

osigaj odpowiedni g«stoæ, zapadaj

si«, tworzc warstw« podobn do tej, kt-

r wyliczy¸a Kellogg. ãPrawdopodobnie

zarwno krople, jak i warstwy istnia¸y

wewntrz Ziemi w rýnych okresach jej

historiiÓ Ð podsumowuje OÕConnell.

Sarah Simpson

18 å WIAT N AUKI Padziernik 1999

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: