اكتشف باحثون من جامعة ألاباما طبقة كثيفة من قاع المحيط القديم، أو منطقة السرعة المنخفضة للغاية (ULVZ)، بين قلب الأرض وطبقة الغطاء باستخدام التصوير الزلزالي. يمكن أن تلعب هذه "الجبال" الموجودة تحت الأرض دوراً رئيسياً في هروب الحرارة من اللب وتؤثر بالتالي على الحقل المغناطيسي للكوكب.
من خلال التصوير الزلزالي على نطاق عالمي لباطن الأرض، كشفت الأبحاث التي قادتها جامعة ألاباما عن وجود طبقة بين اللب والعباءة والتي من المحتمل أن تكون قاع محيط كثيف ورقيق وغارق، وفقاً للنتائج المنشورة في 5 نيسان في مجلة العلوم.
تشير أحدث البيانات، التي شوهدت فقط في بقع معزولة سابقاً، إلى أن هذه الطبقة من قاع المحيط القديم قد تغطي حدود اللب والعباءة. تحت الأرض ومع تحرك صفائح الأرض، تكون منطقة السرعة المنخفضة للغاية هذه، أو ما يسميها العلماء ULVZ، أكثر كثافة من بقية طبقة الوشاح العميق، ما يؤدي إلى إبطاء الموجات الزلزالية التي يتردد صداها تحت السطح.
قالت الدكتورة سامانثا هانسن، الأستاذة بجامعة جورج ليندال الثالث في العلوم الجيولوجية في UA والمؤلف الرئيسي للدراسة "يوفر بحثنا روابط مهمة بين بنية الأرض الضحلة والعميقة والعمليات الشاملة التي تقود كوكبنا".
جنباً إلى جنب مع هانسن، شارك في الورقة المؤلفون وهم د. إدوارد غارنيرو ومينغمينغ لي وسانغ هيون شيم من جامعة ولاية أريزونا والدكتور سيباستيان روست من جامعة ليدز في المملكة المتحدة.
ما يقرب من 2000 ميل تحت السطح، يلتقي وشاح الأرض الصخري مع اللب الخارجي المعدني المنصهر. التغيرات في الخصائص الفيزيائية عبر هذه الحدود أكبر من تلك الموجودة بين الصخور الصلبة على السطح والهواء فوقها.
من الصعب فهم تكوين حدود الوشاح الأساسي على نطاق واسع، لكن شبكة الرصد الزلازلي التي نشرتها هانسن وطلابها وآخرون خلال أربع رحلات إلى القارة القطبية الجنوبية كانت قد جمعت البيانات لمدة ثلاث سنوات. على غرار المسح الطبي للجسم، استخدمت المحطات الـ 15 في الشبكة المدفونة في القارة القطبية الجنوبية الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل من جميع أنحاء العالم لإنشاء صورة للأرض في العمق.
كان المشروع قادراً على التحقيق بدقة عالية في جزء كبير من نصف الكرة الجنوبي لأول مرة باستخدام طريقة مفصلة لفحص أصداء الموجات الصوتية من حدود اللب والوشاح. حددت هانسن والفريق الدولي طاقة غير متوقعة في البيانات الزلزالية التي تصل في غضون ثوانٍ قليلة من الموجة المنعكسة على الحدود.
تم استخدام هذه الإشارات الدقيقة لرسم خريطة لطبقة متغيرة من المواد عبر منطقة الدراسة، ويتم قياسها بعشرات الكيلومترات، مقارنةً بسماكة الطبقات السائدة على الأرض. تتضمن خصائص الغلاف الخارجي الشاذ لحدود الوشاح قدرة على تخفيض قوي في سرعة الموجة، ما يؤدي إلى تسمية هذه المنطقة بمنطقة السرعة المنخفضة للغاية.
يمكن تفسير ULVZs جيداً من خلال قاع المحيط السابق الذي غرق إلى حدود الوشاح الأساسي. يتم نقل المواد المحيطية إلى داخل الكوكب حيث تلتقي صفيحتان تكتونيتان وتغطس واحدة تحت الأخرى، والمعروفة باسم مناطق الاندساس. حيث تتجمع هناك تراكمات المواد المحيطية المغمورة على طول حدود الوشاح الأساسي ويتم دفعها بواسطة الصخور المتدفقة ببطء في الوشاح عبر الزمن الجيولوجي. يوضح توزيع هذه المواد وتنوعها نطاق خصائص ULVZ المرصودة.
يمكن اعتبار ULVZs كجبال على طول حدود الوشاح الأساسي، حيث تتراوح ارتفاعاتها على الأقل من حوالي 3 أميال إلى أكثر من 25 ميلاً.
قال غارنيرو: "بتحليل الآلاف من التسجيلات الزلزالية من القارة القطبية الجنوبية، وجدت طريقة التصوير عالية الدقة الخاصة بنا مناطق رقيقة شاذة من المواد في CMB في كل مكان بحثنا فيه. إن سمك المادة يختلف من بضعة كيلومترات إلى 10 كيلومترات. هذا يشير إلى أننا نرى جبالاً في العمق، في بعض الأماكن يصل ارتفاعها إلى 5 أضعاف قمة جبل إيفرست".
قد تلعب هذه "الجبال" الموجودة تحت الأرض دوراً مهماً في كيفية هروب الحرارة من لب الكرة الأرضية، وهو الجزء من الكوكب الذي يغذي المجال المغناطيسي. يمكن أيضاً أن تصبح المواد من أرضيات المحيط القديمة محصورة في أعمدة الوشاح أو النقاط الساخنة التي تعود إلى السطح من خلال الانفجارات البركانية.
نُذكِّر أخيراً بطبقات الكرة الأرضية وهي:
القشرة: تُعدّ القشرة (Crust) الطبقة الخارجية للكوكب، وهي الجزء البارد والمتصلب من الأرض، ويتراوح عمقها بين 5-70 كم، ومع ذلك فهي تُشكّل 1% فقط من الحجم الكلي للأرض على الرغم من أنّها تغطي سطح الأرض بأكمله، ويعني ذلك القارات وقاع المحيطات.
والقشرة الأرضية نوعان،هما: القشرة المحيطية: وهي طبقة رقيقة، تقع تحت المحيطات على عمق يتراوح بين 5-10 كم، وتتكون من مادة كثيفة مثل الصخور النارية، وسيليكات الحديد والمغنيسيوم مثل البازلت. والقشرة القارية: هي قشرة سميكة، كثافتها أقل من كثافة القشرة المحيطية، وتتكون من صخور سيليكات الألومنيوم والبوتاسيوم والصوديوم مثل الجرانيت.
الستار العلوي: أو العباءة أو الوشاح، يُشكّل الستار حوالي 84% من حجم الأرض، ويُقسم إلى الستار العلوي، والستار السفلي. يمتد الستار العلوي، الذي يبدأ عند انقطاع موهوروفيتش المعروف أيضاً باسم انقطاع موهو (Mohorovicic Discontinuity)، من عمق 7- 35 كيلومتراً إلى عمق 410 كم، وتتراوح درجات الحرارة في هذه الطبقة بين 500-900 درجة مئوية.
يُشكّل الوشاح العلوي والقشرة التي تعلوها ما يُعرف بالغلاف الصخري، ويقع أسفل الغلاف الصخري طبقة من الصخور المنصهرة تُسمّى الغلاف المائع، إذ تسبب حركة الصهارة الموجودة في الغلاف المائع بتحرك الصفائح التكتونية.
الستار السفلي: ويمتد من 660-2,700 كم تحت سطح الأرض، ويُعدّ أكثر سخونة وكثافة وأقل مرونة من الستار العلوي، ويُمكن أن تصل درجات الحرارة في الستار السفلي إلى أكثر من 4,000 درجة مئوية، ولكن على الرغم من أنّ هذه الحرارة عادة ما تتوافق مع درجة حرارة انصهار الصخور، إلّا أنّ الضغط الهائل الذي يُمارس على الستار السفلي يجعل اللزوجة والذوبان محدودان للغاية مقارنة بالوشاح العلوي، مما يُبقيه صلباً.
اللب الخارجي: يتكون من عنصري الحديد والنيكل، ويقع على بعد 5,180-2,880 م تحت سطح الأرض، وتتراوح درجة حرارته بين 4,030 درجة في المناطق الخارجية إلى 5,730 درجة عند الاقتراب إلى اللب الداخلي، وبسبب ارتفاع درجة حرارته، يوجد اللب الخارجي في حالة سائلة منخفضة اللزوجة؛ لأنّ الضغط الذي يتعرض له، لا يسمح له بالتحول إلى الحالة الصلبة، كما يخضع لعمليات الحمل الحراري المضطرب ويدور بشكل أسرع من بقية الكوكب.
يسخن اللب الخارجي بفعل التحلل الإشعاعي لعنصري اليورانيوم والثوريوم، ويتحول إلى تيارات ضخمة مضطربة، وهذه الحركة تولد تيارات كهربائية، والتي بدورها تولد المجال المغناطيسي للأرض.
اللب الداخلي: يقع على بعد 6,400 -5,180 كم تحت سطح الأرض، ويتميز بكثافته العالية، ويتكون بشكل أساسي من الحديد والنيكل، وتُقدّر درجة حرارته بحوالي 5,400 درجة مئوية، ويعود السبب في كون الحديد والمعادن الثقيلة في الحالة الصلبة داخل اللب الداخلي على الرغم من درجات الحرارة المرتفعة هذه، هو أنّ درجات حرارة انصهارها تزداد بشكل كبير تحت ضغط اللب الداخلي، والذي يتراوح بين 330-360 غيغا باسكال، أي أكثر بحوالي 3 ملايين مرة من الضغط على سطح الأرض.
----