Cutremurele de mare adâncime ar putea dezvălui secretele mantalei terestre

Un nou studiu realizat de cercetătorii de la Universitatea din Chicago sugerează că ar putea exista un strat de rocă surprinzător de fluidă în jurul Pământului, chiar în partea de jos a mantalei superioare.

Descoperirea a fost făcută prin măsurarea mișcării persistente înregistrate de senzorii GPS de pe insule în urma unui cutremur de mare adâncime produs în Oceanul Pacific, în apropiere de Fiji. Publicat la 22 februarie în revista Nature, studiul demonstrează o nouă metodă de măsurare a fluidității mantalei terestre.

„Chiar dacă mantaua reprezintă cea mai mare parte a Pământului, încă sunt multe lucruri pe care nu le știm despre ea”, a declarat Sunyoung Park, geofizician la Universitatea din Chicago și autorul principal al studiului. „Credem că putem afla mult mai multe folosind aceste cutremure de adâncime ca o modalitate de a explora aceste întrebări.”

Misterele mantalei

Știm încă surprinzător de puține lucruri despre Pământul de sub picioarele noastre. Cea mai mare adâncime la care cineva a reușit să sape este de aproximativ șapte mile și jumătate înainte ca căldura în creștere să topească literalmente burghiul. Astfel, oamenii de știință au fost nevoiți să folosească indicii precum modul în care se mișcă undele seismice pentru a determina diferitele straturi care alcătuiesc planeta, inclusiv crusta, mantaua și nucleul.

Un lucru care i-a blocat pe oamenii de știință este măsurarea precisă a gradului de vâscozitate a stratului mantalei. Mantaua terestră este stratul de sub scoarță. Este formată din rocă, dar la temperatura și presiunile intense de la acea adâncime, roca devine de fapt vâscoasă – curgând foarte încet ca mierea sau gudronul.

„Vrem să știm cu exactitate cât de repede curge mantaua, pentru că acest lucru influențează evoluția întregului Pământ – afectează câtă căldură păstrează planeta pentru cât timp și cum sunt distribuite materialele Pământului de-a lungul timpului”, a explicat Park. „Dar înțelegerea noastră actuală este foarte limitată și include o mulțime de ipoteze”.

Park s-a gândit că ar putea exista o modalitate unică de a obține o măsurare a proprietăților mantalei prin studierea urmărilor cutremurelor foarte adânci.

Majoritatea cutremurelor despre care auzim la știri sunt relativ superficiale, având originea în scoarța superioară a Pământului. Dar, ocazional, există cutremure care își au originea în adâncurile Pământului – până la 450 de mile sub suprafață. Aceste cutremure nu sunt la fel de bine studiate ca cele mai puțin adânci, deoarece nu sunt la fel de distructive pentru așezările umane. Dar pentru că ajung până în mantaua, Park s-a gândit că acestea ar putea oferi o modalitate de a înțelege comportamentul mantalei.

Park și colegii săi au analizat un astfel de cutremur particular, care a avut loc în largul coastelor Fiji în 2018. Cutremurul a avut magnitudinea 8,2, dar a fost atât de adânc – la 350 de mile adâncime – încât nu a provocat pagube majore sau decese.

Cu toate acestea, atunci când oamenii de știință au analizat cu atenție datele provenite de la senzorii GPS de pe mai multe insule din apropiere, au descoperit că Pământul a continuat să se miște – după ce cutremurul s-a terminat.

Datele au arătat că, în lunile care au urmat cutremurului, Pământul a continuat să se miște, stabilizându-se în urma perturbării. Chiar și ani mai târziu, Tonga se deplasează încet în jos, cu o rată de aproximativ 1 centimetru pe an.

„Te poți gândi la acest lucru ca la un borcan de miere care revine încet la nivel după ce înmoi o lingură în el – doar că acest lucru durează ani în loc de minute”, a spus Park.

Aceasta este prima observație solidă a deformării în urma cutremurelor de adâncime; fenomenul a mai fost observat înainte pentru cutremurele de mică adâncime, dar experții au crezut că efectul ar fi prea mic pentru a fi observabil în cazul cutremurelor de adâncime.

Park și colegii săi au folosit această observație pentru a deduce vâscozitatea mantalei.

Examinând modul în care Pământul s-a deformat în timp, ei au găsit dovezi ale existenței unui strat cu o grosime de aproximativ 80 de kilometri care este mai puțin vâscos (adică mai „curgător”) decât restul mantalei, așezat la baza stratului superior al mantalei. Ei cred că acest strat se poate extinde în jurul întregului glob.

Acest strat cu vâscozitate redusă ar putea explica alte observații ale seismologilor care au sugerat că există plăci de rocă „stagnante” care nu se mișcă prea mult, situate la aproximativ aceeași adâncime la baza mantalei superioare. „A fost greu să reproducem aceste caracteristici cu ajutorul modelelor, dar stratul slab descoperit în acest studiu facilitează acest lucru”, a declarat Park.

De asemenea, acest studiu are implicații asupra modului în care Pământul transportă căldura, ciclează și amestecă materialele între crustă, nucleu și manta de-a lungul timpului.

„Suntem foarte încântați”, a spus Park. „Mai sunt multe de aflat cu ajutorul acestei tehnici”.

Ceilalți coautori ai lucrării au fost Jean-Philippe Avouac și Zhongwen Zhan de la California Institute of Technology și Adriano Gualandi de la Institutul Național de Geofizică și Vulcanologie din Italia.

University of Chicago. „Deep earthquakes could reveal secrets of the Earth’s mantle: Study uses 350-mile-deep earthquake to make elusive measurements of the Earth’s layers.” ScienceDaily. ScienceDaily, 22 February 2023. www.sciencedaily.com/releases/2023/02/230222115954.htm.