zemské jádro | Svět2000

Dekódování záhadných seismických signálů bylo dokončeno

21. 8. 2024 Iveta Mauci 4 min read 505 Zobrazení anomálie, prekurzory, seismické vlny, sopky, Země, zemětřesení, zemské jádro, zemský plášť

Geologie Nové Výzkum Země

Vědcům, kteří se zabývají zemskou tektonikou, erupcemi a zemětřesením, po celá desetiletí ležela v hlavě otázka, jak vznikají seismické anomálie, které se objevují při zemětřeseních.

Oblasti spodního zemského pláště rozptylují příchozí seismické vlny, které se vracejí na povrch jako prekurzory PKP s různou intenzitou a rychlostí.

Charakteristiky seismických anomálií na hranici zemského jádra a pláště (CMB) poskytují odlišné, ale zásadní informace, nezbytné pro pochopení dynamiky hlubokého zemského pláště a jeho dlouhodobého tepelného a chemického vývoje.

Kompresní vlny, tzv. prekurzory, prochází celým vnitřním jádrem. Jsou sledované více než 60 let. Struktura seismických anomálií v nejhlubším zemském plášti se zkoumá od jejich objevů v Gutenbergu (1958) a Boltu (1962).

První studie tvrdily, že vznikly z přechodových vrstev ve vnějším jádře. Avšak studie využívající analýzy seismických soustav v 70. letech 20. století poskytly důkazy, že prekurzory vznikly rozptylem v blízkosti CMB. Například v Haddonu & Cleary (1974), Kingu et al. (1974), nebo ve Wrightingu (1975).

Původ prekurzorů

Původ některých prekurzorů ve spodním plášti je už dnes dobře známý. Není ale jasné, které vlastnosti je vytvářejí a jak hluboko zasahují do pláště.

Když energie seismických vln způsobená zemětřesením narazí na prvky s jinou hustotou materiálů, část energie se rozptýlí, ale jiná část může být zaznamenaná na seismometrech. Příchozí zaznamenaná energie pochází z nejspodnější hranice jádra a pláště, ale najít místo, odkud rozptýlená energie přichází, bylo náročné.

Geofyzici z Utahu našli tuto souvislost mezi seismickými prekurzory PKP a anomáliemi v zemském plášti.

Souvislost seismických vln

Podle výzkumu zveřejněného v časopise Americké geofyzikální unie, se zdá, že prekurzory PKP se šíří z míst hluboko pod Severní Amerikou a západním Pacifikem a pravděpodobně souvisí se „zónami s velmi nízkou rychlostí“, tenkými vrstvami zemského pláště, kde se výrazně zpomalují.

Zóny ultra nízkých rychlostí

„Jedná se o jedny z nejextrémnějších prvků objevených na naší planetě. Legitimně nevíme, co jsou zač,“ řekl hlavní autor Michael Thorne, docent geologie a geofyziky U.S.A. „Ale jedno víme, zdá se, že se hromadí pod sopkami. Zdá se, že by mohly být kořenem plášťových chocholů, které vedly ke vzniku sopek.“

Chocholy v zemské kůře jsou zodpovědné za vulkanismus pozorovaný v Yellowstonu, na Havajských ostrovech, Samoe, Islandu a nebo na Galapágách.

„Zdá se, že tyto opravdu, opravdu velké sopky přetrvávají stovky milionů let zhruba na stejném místě,“ řekl profesor Thorne. Vědec, který ve své předchozí práci objevil jednu z největších známých zón ultra nízkých rychlostí na světě.

„Nachází se přímo pod Samoou a Samoa je jednou z největších sopek,“ poznamenal profesor Thorne.

Seismické vlny

Geovědci, kteří používali seismické vlny k průzkumu nitra Země, dospěli k moha objevům. Vědci například charakterizovali strukturu pevného vnitřního jádra Země a díky analýze seismických vln sledovali jeho pohyb.

Když zemětřesení otřese zemským povrchem, seismické vlny vystřelí skrz plášť. 2900 kilometrů silnou dynamickou vrstvou horké horniny mezi zemskou kůrou a kovovým jádrem.

Thorneův tým se zajímal o ty, které se „rozptýlí“, když procházejí nepravidelnými útvary, které způsobují změny ve složení materiálu v plášti. Některé z těchto rozptýlených vln se pak stávají právě prekurzory PKP.

Thorne se snažil přesně určit, kde k tomuto rozptylu dochází zejména proto, že vlny procházejí zemským pláštěm dvakrát. To znamená před a po průchodu tekutým vnějším jádrem Země. Jestli prekurzory vznikly na straně zdroje, nebo přijímače, nebylo možné rozlišit kvůli dvojité cestě zemským pláštěm.

Detekce

Asistent výzkumu, Surya Pachhai, vymyslel způsob jak namodelovat křivky, aby mohli detekovat zásadní efekty. Do modelu zahrnul hlavně ty, kterým se dříve nevěnovala pozornost.

Pomocí nejmodernější metody sledování seismického pole a teoretických pozorování ze simulací, analyzovali data z 58 zemětřesení. Zaměřili se na ty, ke kterým došlo kolem Nové Guineje, ale zaznamenané byly v Severní Americe poté, co prošly planetou.

Jejich nová metoda jim umožnila určit, kde došlo k rozptylu. Podél hranice mezi vnějším jádrem tekutého kovu a pláštěm nacházejícím se 2900 kilometrů pod zemským povrchem.

Závěr studie

Zjištění naznačují, že prekurzory PKP pravděpodobně pocházejí z oblastí, které jsou domovem zón s velmi nízkou rychlostí. Thorne má podezření, že se tyto vrstvy silné pouhých 20 až 40 kilometrů, tvoří v oceánské kůře. V místech na rozhraní mezi jádrem a pláštěm, kde na sebe narážejí tektonické desky.

„Nyní jsme zjistili, že tyto zóny s velmi nízkou rychlostí neexistují pouze pod aktivními body. Jsou rozprostřené po celé hranici jádra a pláště pod Severní Amerikou,“ řekl Thorne.

„Nevíme jak. Ale protože je vidíme blízko tektonických desek, myslíme si, že se generují tím, že tají čediče středooceánského hřbetu. Dynamika je pak tlačí po celé Zemi, až se nakonec nahromadí pod sopkami.“

Zdroj: Tiskové středisko univerzity Utah, Univerzita Utah, OXFORD ACADEMIC, AGU Advances

Nová studie potvrzuje, že rotace vnitřního jádra Země se zpomalila

14. 6. 2024 Iveta Mauci 0 komentářů 3 min read 457 Zobrazení nikl, rotace, tekuté železo, zastavení, Země, zemské jádro

Nové Věda Země

Některé výzkumy naznačují, že vnitřní jádro rotuje rychleji než povrch naši planety. Nová studie Jihokalifornské univerzity (USC), publikovaná v časopise Nature, poskytuje jasný důkaz, že vnitřní jádro začalo kolem roku 2010 snižovat svou rychlost a pohybovalo se pomaleji než zemský povrch.

„Když jsem poprvé uviděl seismogramy, které naznačovaly tuto změnu, byl jsem zaražený,“ řekl John Vidale, děkanský profesor věd o Zemi na Vysoké škole Písma, umění a vědy na USC. „Ale když jsme našli další dva tucty pozorování signalizujících stejný vzorec, výsledek byl nevyhnutelný. Vnitřní jádro se poprvé po mnoha desetiletích zpomalilo. Jiní vědci v poslední době argumentovali podobnými i odlišnými modely, ale naše nejnovější studie přináší nejpřesvědčivější rozuzlení.“

Relativita couvání a zpomalování

Má se za to, že vnitřní jádro se poprvé po přibližně 40 letech obrací a couvá vzhledem k povrchu planety, protože se pohybuje o něco pomaleji, nikoli rychleji než zemský plášť. Ve srovnání s rychlostí v předchozích desetiletích se vnitřní jádro zpomaluje.

Vnitřní jádro tvoří pevná, železo-niklová koule, obklopená vnějším jádrem z tekutého železa a niklu. Vnitřní jádro, které je zhruba stejně velké jako Měsíc, se nachází více než 3 000 km pod našima nohama a představuje pro výzkumníky výzvu: Nelze ho navštívit ani si ho prohlédnout. Vědci musí k vytvoření zobrazení pohybu vnitřního jádra využívat seismické vlny zemětřesení.

***VNITŘNÍ JÁDRO ZAČALO KOLEM ROKU 2010 SNIŽOVAT SVOU RYCHLOST A POHYBOVALO SE POMALEJI NEŽ ZEMSKÝ POVRCH.***

Nový pohled na opakující se přístup

Profesor Vidale a Wei Wang z Čínské akademie věd, na rozdíl od jiných výzkumů, využívali křivky a opakující se zemětřesení. Seismické události, ke kterým dochází na stejném místě a vytvářejí identické seismogramy.

V této studii výzkumníci shromáždili a analyzovali seismická data zaznamenaná v okolí Jižních Sandwichových ostrovů ze 121 opakujících se zemětřesení, ke kterým došlo v letech 1991 až 2023. Využili také údaje z dvojitých sovětských jaderných testů v letech 1971 až 1974, stejně jako opakované francouzské a americké jaderné testy z jiných studií vnitřního jádra.

Zpomalující rychlost vnitřního jádra byla způsobena vířením vnějšího jádra z tekutého železa, které obklopuje jádro, řekl profesor Vidale. Což generuje magnetické pole Země, a také gravitačními tahy z hustých oblastí nadložního skalnatého pláště.

Dopad na zemský povrch

O důsledcích této změny v pohybu vnitřního jádra pro zemský povrch lze jen spekulovat. Vidale řekl, že zpětné sledování vnitřního jádra může změnit délku dne o zlomky sekundy. „Je velmi těžké vysledovat řádově tisíciny sekundy, které se ztrácejí v hluku rozvířených oceánů a atmosféry.“

Budoucí výzkum vědců z USC má za cíl zmapovat trajektorii vnitřního jádra ještě podrobněji, aby přesně odhalil, proč se posouvá.

„Tanec vnitřního jádra může být ještě živější, než víme,“ řekl Vidale.

O studii: Kromě profesora Vidale jsou dalšími autory studie Ruoyan Wang z USC Dornsife, Wei Wang z Čínské akademie věd, Guanning Pang z Cornell University a Keith Koper z University of Utah.

Vědecká studie byla publikovaná v časopise Nature, DOI10.1038/s41586-024-07536-4 s volným přístupem. Článek byl upraven z tiskové zprávy AAAS.

Hromada žhavé skály ve tvaru houby, Afrika se rozděluje na dvě části

9. 7. 2023 Petr Kovanda 4 min read 1779 Zobrazení Afrika, rozdělení, tejtonické desky, Země, zemské jádro, žhavá skála

Nové TOP 10

Podivné, dosud nevídané pohyby ve východoafrické příkopové propadlině jsou zřejmě poháněny přehřátou horninou z hlubin pod zemským povrchem. píše Space.com.

Obrovský chochol přehřáté horniny stoupající z blízkosti zemského jádra by mohl pomoci vysvětlit záhadné deformace spojené s obří trhlinou na povrchu planety, která zřejmě rozděluje Afriku na dvě části, zjistila nedávná studie.

Obrovské trhliny v zemském povrchu, známé jako kontinentální trhliny, rozdělují pevniny po celé planetě. Největší aktivní kontinentální trhlinou je Východoafrický rift, síť údolí dlouhá asi 2 175 mil (3 500 km), která se táhne od Rudého moře až po Mosambik.

Kontinentální rift je poháněn deformací litosféry, nejpevnější vnější vrstvy planety. Jak se litosféra roztahuje a ztenčuje, mohou se její nejhlubší části různě deformovat, od roztahování jako těsto až po roztříštění.

Spoluautorka studie D. Sarah Stampsová, geofyzička z Virginia Tech v Blacksburgu, přirovnává tyto reakce k Silly Putty – pokud do Silly Putty udeříte kladivem, může prasknout a rozbít se, ale pokud ji pomalu roztahujete, roztáhne se. V různých časových měřítcích se může zemská litosféra chovat také různými způsoby.

Směr, kterým se deformuje zemský povrch při kontinentálních trhlinách, je obvykle v pravém úhlu k délce trhliny – představte si dvě poloviny kontinentu, které se od sebe oddělují, a v místech, kde se tyto poloviny setkávají, se pevnina roztahuje nebo láme.

Směr, kterým se deformuje zemský povrch v kontinentálních trhlinách, je obvykle v pravém úhlu k délce trhliny – představte si dvě poloviny kontinentu, které se od sebe oddělují, a pevnina se v místech, kde se tyto poloviny stýkají, roztahuje nebo láme.

Po více než dvanáctiletém zkoumání východoafrického riftu vědci zjistili, že deformace probíhá kolmo – podle očekávání – směrem na východ a na západ. Objevili však také deformaci rovnoběžnou s riftem, která se pohybuje na sever. Tyto povrchové pohyby „jsou zcela neobvyklé a nebyly pozorovány nikde jinde,“ řekl Stamps pro Live Science.

Satelitní mapa zobrazující Afriku.

Afrika se možná rozděluje na dva kontinenty v obřím riftu, který se táhne v délce 2 175 mil (3 500 km) od Rudého moře po Mosambik. Ve studii tým zjistil, že tyto záhadné deformace může pomoci vysvětlit obří hřibovitý „superplum“ žhavé, vznosné horniny stoupající vzhůru zemským pláštěm.

„Tato práce naznačuje, že plumy mohou hrát aktivní roli při deformaci zemského povrchu, zejména v kontinentálních trhlinách, kde se litosféra ztenčila,“ řekl Stamps.

Vědci o plášťových plumech na Zemi vědí již dlouho. Například Island a ostrovní řetězce Havajských ostrovů a Galapág vznikly pomalým driftováním tektonických desek přes plášťové plumy, které rozpalovaly nadložní materiál jako hořák.

Výzkumníci se zaměřili na africký superplén, který vyvěrá pod jihozápadní Afrikou a pokračuje severovýchodně napříč kontinentem, přičemž se směrem na sever stává mělčím.

Vědci použili technologii GPS ke sledování povrchových pohybů ve Východoafrickém riftu s milimetrovou přesností. Použili také seismické přístroje k analýze směrů, kterými pomalu proudí plášťové horniny na rozsáhlém území.

Nakonec pomocí 3D počítačových simulací, které vyvinul hlavní autor studie Tahiry Rajaonarison, geofyzik z New Mexico Tech v Socorro, analyzovali GPS a seismická data, aby zjistili, jaká podzemní aktivita se skrývá pod Východoafrickým riftem.

3D modely ukázaly, že neobvyklé deformace rovnoběžné s riftem mohou být způsobeny prouděním pláště směrem na sever, které souvisí s africkým superplumem.

„Představte si silnější Silly Putty na slabším Silly Putty, které představují vysoce viskózní litosféru, respektive méně viskózní materiál plumu,“ uvedl Rajaonarison pro Live Science. „Pokud pohnete slabším Silly Putty, bude se postupně slepovat se silnějším Silly Putty na jejich rozhraní, dokud se silnější Silly Putty nepohne stejným směrem.“

Celkově vzato, „pro mě je nejdůležitějším důsledkem těchto zjištění zlepšení našeho chápání toho, jak se kontinenty rozpadají,“ řekl Rajaonarison.

Vědci publikovali svá zjištění 27. března v časopise Journal of Geophysical Research: Solid Earth.

Obří kuličky v zemském plášti mohou pohánět „továrnu na diamanty“ blízko jádra naší planety

11. 9. 2022 Tomáš Pokorný 5 min read 311 Zobrazení diamanty, simulace, zemské jádro, zjištění

Technologie TOP 10 Zajímavosti

Hraniční zóna mezi roztaveným kovovým jádrem Země a pláštěm, jeho kamennou střední vrstvou, by mohla být továrnou na diamanty

Nový laboratorní experiment zjistil, že za extrémních teplot a tlaků může kombinace železa, uhlíku a vody – všech potenciálních složek, které se nacházejí na hranici pláště s jádrem, vytvořit diamant. Pokud se tento proces odehrává i hluboko uvnitř Země, mohlo by to vysvětlit některé podivné zvláštnosti pláště, včetně toho, proč je v něm více uhlíku, než vědci očekávají, napsal Livescience.

Zjištění by také mohla pomoci vysvětlit podivné struktury hluboko v hranici pláště s jádrem, kde se vlny způsobené zemětřeseními dramaticky zpomalují. Tyto oblasti, známé jako „zóny s ultra nízkou rychlostí“, jsou spojeny s podivnými strukturami pláště, včetně dvou obřích skvrn pod Afrikou a Tichým oceánem. Mohou mít jen několik kilometrů v průměru nebo mnoho set. Nikdo přesně neví, co jsou zač. Někteří vědci si myslí, že se datují do doby před 4,5 miliardami let a jsou vyrobeny z materiálů z velmi staré Země. Nový výzkum však naznačuje, že některé z těchto zón mohou za svou existenci vděčit deskové tektonice, která pravděpodobně začala až po vzniku Země, asi před třemi miliardami let.

„Přidáváme novou myšlenku, že to nejsou úplně staré struktury,“ řekl Live Science hlavní autor studie Sang-Heon Shim, geovědec z Arizonské státní univerzity.

Simulace hluboké Země

V místě, kde se jádro setkává s pláštěm, se tekuté železo otírá o pevnou skálu. To je stejně dramatický přechod jako rozhraní mezi skalami a vzduchem na zemském povrchu, řekl Shim pro Live Science. Při takovém přechodu, zejména při vysokých tlacích a teplotách, může vznikat podivná chemie.

A co víc, studie, které používají odrazy vln zemětřesení k zobrazení pláště, ukázaly, že materiály z kůry mohou pronikat až k hranici pláště jádra, zhruba 3 000 kilometrů pod zemským povrchem. V subdukčních zónách se tektonické desky tlačí jedna pod druhou a zatlačují oceánskou kůru do podpovrchové vrstvy. Horniny v této oceánské kůře mají vodu uzamčenou ve svých minerálech. Výsledkem je, řekl Shim, že je možné, že voda existuje v hranici pláště jádra a může tam vyvolat chemické reakce. (Jedna z teorií o dvojici kousků pláště pod Afrikou a Pacifikem je, že jsou tvořeny deformovanou oceánskou kůrou, která byla zatlačena hluboko do pláště a potenciálně s sebou nese vodu.)

Diamanty se tvoří za podmínek vysokých teplot a vysokého tlaku, jako jsou ty, které se vyskytují na hranici pláště jádra.

Diamanty se tvoří za podmínek vysokých teplot a vysokého tlaku, jako jsou ty, které se vyskytují na hranici pláště jádra.

Aby výzkumníci tuto myšlenku vyzkoušeli, dali dohromady ingredience, které byly k dispozici na hranici pláště jádra, a stlačili je kovadlinami vyrobenými z diamantu, čímž vznikl tlak až 140 gigapascalů. (To je asi 1,4 milionu násobek tlaku na úrovni moře.) Výzkumníci také zahřáli vzorky na 3 776 stupňů Celsia.

„Sledovali jsme, jaká reakce se odehrává, když jsme zahřívali vzorek,“ řekl Shim. „Pak jsme detekovali diamant a zaznamenali jsme nečekanou výměnu prvků mezi horninou a tekutým kovem.“

Chrlení diamantů

Pod tlakem a teplotou hranice pláště jádra, řekl Shim, se voda chová úplně jinak než na zemském povrchu. Molekuly vodíku se oddělují od molekul kyslíku. Díky vysokému tlaku vodík tíhne k železu, což je kov, který tvoří většinu jádra. Tudíž kyslík z vody zůstává v plášti, zatímco vodík splývá s jádrem.

Když k tomu dojde, zdá se, že vodík odsune stranou další světelné prvky v jádru, zásadně včetně uhlíku. Tento uhlík se dostane z jádra do pláště. Při vysokém tlaku přítomném v hranici pláště jádra je nejstabilnější formou uhlíku diamant.

„Tak vzniká diamant,“ řekl Shim.

To nejsou stejné diamanty, které by se mohly třpytit v zásnubním prstenu. Většina diamantů, které se dostanou na povrch a nakonec se stanou něčím šperkem, se vytvoří několik set kilometrů hluboko, ne několik tisíc. Ale diamanty pláště jádra jsou pravděpodobně vztlakové a mohly by se prohnat po celé kůře a rozdělovat svůj uhlík za pochodu.

Plášť má třikrát až pětkrát více uhlíku, než by výzkumníci očekávali na základě podílu prvků ve hvězdách a jiných planetách. Diamanty nalezené v této vrstvě Země by mohly vysvětlovat tento rozpor, řekl Shim. On a jeho tým spočítali, že pokud by se k hranici pláště jádra dostalo i 10 až 20% vody v oceánské kůře, mohlo by to vychrlit dostatek diamantů, které by vysvětlily obsah uhlíku v kůře.

Pokud je tomu tak, mnoho zón s nízkou rychlostí v plášti by mohly být oblasti tavení poháněné vodou, vyvolané vířením oceánských desek hluboko do planety.

Prokázat, že se tento proces odehrává tisíce kilometrů pod povrchem, je další výzva. Existuje několik způsobů, jak hledat důkazy, řekl Shim.

Jedním z nich je pátrat po strukturách uvnitř hranice pláště jádra, které by mohly být shluky diamantů. Diamanty jsou husté a rychle by přenášely vlny zemětřesení, takže by výzkumníci museli najít zóny s vysokou rychlostí podél již objevených oblastí, kde se vlny pohybují pomalu. Jiní výzkumníci z Arizonské státní univerzity tuto možnost zkoumají, řekl Shim, ale práce ještě nebyla zveřejněna.

Další možností je studovat diamanty, které mohou pocházet z velkých hlubin zemského pláště. Tyto diamanty se někdy mohou dostat na povrch s malými kapsami, nebo inkluzemi, plnými minerálů, které se mohou tvořit pouze pod velmi vysokým tlakem.

Dokonce i proslulý Diamant naděje se mohl vytvořit velmi hluboko v plášti planety. Když vědci tvrdí, že objevili velmi hluboké diamanty, jsou tato tvrzení často kontroverzní, řekl Shim, částečně proto, že inkluze jsou tak drobné, že neexistuje téměř žádný materiál k měření. Ale možná by stálo za to hledat hraniční inkluze pláště jádra, řekl.

„To by byl nějaký objev, kdyby pro to někdo našel důkazy,“ řekl.

Zdroj: Livescience

Foto: Mezinárodní centrum pro radioastronomický výzkum (ICRAR)/Tiskový zdroj EurekAlert
Trysky černé díry mají nesmírnou sílu, výkon odpovídá energii 10 000 Sluncí
Foto: Estonská univerzita biologických věd/Kristina Haan/Tiskový zdroj EurekAlert
První klonované hříbě úspěšného sportovního koně
Foto: Ilustrační_myshion/Pixabay
Světlo uvnitř těla? Tohle je nová technologie nejen ultrazvuku, má to ale háček