Dünyanın dış çekirdeği olan kütlenin bileşimi saf demir değildir ancak yaklaşık %5-10'luk bir yoğunluk açığına sahiptir, bu da dış çekirdekte muhtemelen hidrojen, karbon, karbon gibi önemli miktarda hafif elementin varlığına işaret eder. nitrojen, oksijen, kükürt ve silikon. Bunlar, Dünya'nın dış çekirdeğinin sismik dalga hızı ve yoğunluğuna ilişkin gözlemlerdir.
olarak Dünya soğur, sıvı demirin kristalleşmesi hafif elementleri serbest bırakır ve katı iç çekirdek büyür. Demir katılaşma sürecinin zaman ölçeği ve ilgili konveksiyon (jeodinamik) belirsizliğini koruyor.
Açığa çıkan hafif elementlerin lokal olarak yoğunlaşması halinde, yerel sismik dalga hızı üzerinde tespit edilebilir bir etkiye sahip olabilirler. Büyük depremlerin ürettiği sismik dalgalar, Dünya'nın dış çekirdeğinin doğrudan örneklemesini sağlar. Sismik dalganın dış çekirdek boyunca yayılma hızı, dış çekirdekteki yanal heterojenlikleri sınırlamak için kullanılabilir.
İki Deprem, Aynı Bölge ve Şaşırtıcı Farklılık
Mayıs 1997'de büyük bir deprem Güney Pasifik Okyanusu'ndaki Kermadec Adaları bölgesini sarstı. Neredeyse 20 yıl sonra, Eylül 2018'de, aynı bölgeden yayılan sismik enerji dalgalarıyla ikinci bir büyük deprem daha yaşandı.
Yerbilimci Ying Zhou, depremlerin aynı bölgede meydana gelmesi nedeniyle yirmi yıl arayla meydana gelmesine rağmen, Dünya'nın katmanlarına aynı hızda sismik dalgalar göndermelerinin beklendiğini söyledi. Yer Bilimleri Bölümü Virginia Tech'de Bilim Üniversitesi.
Ancak sismik titreşimleri gerçek zamanlı olarak kaydeden 150'den fazla Küresel Sismografi Ağı istasyonundan dördünde kaydedilen verilerde Zhou, ikiz olaylar arasında bir anormallik buldu: 2018 depremi sırasında, SKS dalgaları olarak bilinen bir dizi sismik dalga yaklaşık bir saniye ilerledi. 1997'deki benzerlerinden daha hızlıydı.
Bulguları yakın zamanda yayınlanan Zhou'ya göre Doğa İletişimi Dünya ve ÇevreSKS dalgasının yolculuk süresindeki bu bir saniyelik farklılık bize, Dünya'nın iç kısmında, dış çekirdeğinde daha derinlerde neler olup bittiğine dair önemli ve benzeri görülmemiş bir bakış açısı sağlıyor.
İç yapı en önemlisi
Dış çekirdek, yerkabuğunun altındaki kalın kaya tabakası olan manto ile gezegenin en derin iç tabakası olan iç çekirdek arasına sıkıştırılmıştır. Esas olarak Dünya soğudukça konveksiyona veya sıvı akışına maruz kalan sıvı demirden oluşur. Sıvı metalin bu şekilde dönmesi, gezegeni ve üzerindeki tüm yaşamı zararlı radyasyondan ve güneş rüzgarlarından koruyan, Dünya'nın manyetik alanını oluşturmaktan sorumlu elektrik akımları üretir.
Manyetik alanı olmasaydı Dünya yaşamı sürdüremezdi ve dış çekirdekteki hareketli sıvı metal akışı olmasaydı manyetik alan da işe yaramazdı. Ancak doçent Zhou, bu dinamiğin bilimsel olarak anlaşılmasının simülasyonlara dayandığını söyledi. "Sadece teorik olarak eğer dış çekirdekte konveksiyon varsa manyetik alanı oluşturabileceğinizi biliyoruz" dedi.
Bilim adamları ayrıca gözlemlenen manyetik alanın gücünde ve yönündeki kademeli değişikliklerin kaynağı hakkında yalnızca spekülasyon yapabildiler; bu muhtemelen dış çekirdekteki akış değişimini de içeriyor.
Zhou, "Kuzey jeomanyetik kutbuna bakarsanız, şu anda yılda yaklaşık 50 kilometre [31 mil] hızla hareket ettiğini görürsünüz" dedi. “Kanada'dan uzaklaşıp Sibirya'ya doğru ilerliyor. Manyetik alan her gün aynı değildir. Değişiyor. Değiştiği için, dış çekirdekteki konveksiyonun da zamanla değiştiğini tahmin ediyoruz, ancak doğrudan bir kanıt yok. Hiç görmedik.”
Zhou bu kanıtı bulmak için yola çıktı. Dış çekirdekte meydana gelen değişikliklerin dramatik olmadığını, ancak bunların onaylanmaya ve temelde anlaşılmaya değer olduğunu söyledi. Sismik dalgalarda ve bunların on yıllık zaman ölçeğindeki hız değişimlerinde Zhou, dış çekirdekten "doğrudan numune alma"nın bir yolunu gördü. Bunun nedeni, üzerinde çalıştığı SKS dalgalarının doğrudan içinden geçmesidir.
“SKS” dalganın üç aşamasını temsil eder: İlk olarak mantodan bir S dalgası veya kayma dalgası olarak geçer; daha sonra bir sıkıştırma dalgası olarak dış çekirdeğe; sonra mantodan bir S dalgası olarak geri çıkar. Bu dalgaların ne kadar hızlı hareket ettiği kısmen yollarındaki dış çekirdeğin yoğunluğuna bağlıdır. Eğer dalga dış çekirdeğin bir bölgesinde yoğunluk daha düşükse, dalga tıpkı anormal SKS dalgalarının 2018'de yaptığı gibi daha hızlı yol alacaktır.
Zhou, "Bu dalganın yolunda bir şeyler değişti, bu yüzden artık daha hızlı ilerleyebilir" dedi.
Zhou'ya göre dalga hızındaki farklılık, 20'den bu yana geçen 1997 yılda dış çekirdekte oluşan düşük yoğunluklu bölgelere işaret ediyor. deprem. 2018 depremi sırasındaki daha yüksek SKS dalga hızının, Dünya soğurken meydana gelen konveksiyon sırasında dış çekirdekte hidrojen, karbon ve oksijen gibi hafif elementlerin salınmasına atfedilebileceğini söyledi.
Zhou, "20 yıl önce orada olan malzeme artık orada değil" dedi. “Bu yeni bir malzeme ve daha hafif. Bu hafif elementler yukarıya doğru hareket edecek ve bulundukları bölgedeki yoğunluğu değiştirecek.”
Zhou'ya göre bu, hareketin gerçekten çekirdekte gerçekleştiğinin ve bilim adamlarının teorileştirdiği gibi zamanla değiştiğinin kanıtı. "Artık görebiliyoruz" dedi. "Eğer bunu sismik dalgalardan görebilirsek gelecekte sismik istasyonlar kurabilir ve bu akışı izleyebiliriz."
Sıradaki ne
Ekibinin, interferometri olarak bilinen bir dalga ölçüm yöntemini kullanarak, biri "sanal" deprem kaynağı olarak hizmet verecek olan iki sismik istasyondan alınan sürekli sismik kayıtları analiz etmeyi planladığını söyledi.
Zhou, "Depremleri kullanabiliriz, ancak deprem verilerine güvenmenin sınırlaması, depremlerin yerlerini gerçekten kontrol edemememizdir" dedi. “Fakat sismik istasyonların yerlerini kontrol edebiliyoruz. İstasyonları, bir istasyondan diğer istasyona giden dalga yolu dış çekirdekten geçecek şekilde, olmasını istediğimiz herhangi bir yere yerleştirebiliriz. Bunu zaman içinde izlersek, bu iki istasyon arasındaki çekirdeğe nüfuz eden sismik dalgaların nasıl değiştiğini görebiliriz. Böylece zamanla dış çekirdekteki sıvının hareketini daha iyi görebileceğiz.”
Fütüristik görünüm:
Bu çalışmadaki gözlemler, dış çekirdeğin on yıllık bir zaman ölçeğinde iyi karışmaktan çok uzak olduğunu ve dış çekirdek konveksiyonuyla ilişkili yanal heterojenliklerin, deprem kayıtlarında tespit edilebilen sismik dalga hızı değişiklikleri üretecek kadar güçlü olduğunu göstermektedir. Bu, sismik verileri kullanarak dış çekirdekteki zamansal değişiklikleri izleme olasılığını açar.
Dergi Referansı
- Zhou, Y. Sismik dalga hızındaki geçici değişim, Dünya'nın dış çekirdeğindeki hızlı sıvı hareketine işaret ediyor. Komün Dünya Çevresi 3, 97 (2022). DOI: 10.1038/s43247-022-00432-7
