6 Minutės
Antarktidos gelmėse vyksta pokyčiai, o jų poveikis beveik poetinis: subtilus įdubimas Žemės gravitaciniame lauke palaipsniui gilėja jau dešimtis milijonų metų. Jo nepajusite po kojomis. Jo nepastebėsite iš lėktuvo. Tačiau geofizikams braižant planetos gravitacinį lauką — geoidę — ši sritis išsiskiria kaip viena iš nuolatiniausių žemuma, ir nauji tyrimai rodo, kad ji stiprėja, kai lėtai judančios mantijos procesai iš vidaus keičia planetos vidų.
Skaitymas: Žemės paslėptos formos
Geoidė yra abstrakti paviršiaus sąvoka: įsivaizduokite vidutinį jūros lygį ištemptą per žemynus. Ji atspindi gravitaciją, o ne reljefą, todėl atspindi masės anomalijas po plutą — vietas, kur tankesni arba lengvesni uolienų telkiniai šiek tiek stipriau arba silpniau traukia objektus paviršiuje. Kasdienėms matavimo priemonėms skirtumas yra menkas (vonios svarstyklės gali pasikeisti vos kelių gramų tikslumu), tačiau geoscientistams tai yra galingas diagnostinis įrankis, leidžiantis suprasti, kas vyksta mantijoje ir giluminėje litosferoje.
University of Florida tyrėjas Alessandro Forte ir Paryžiaus Žemės fizikos instituto mokslininkas Petar Glišović sprendė šį klausimą naudodami du papildančius įrankius. Pirmiausia jie panaudojo seismologinę tomografiją — metodą, kuriuo žemės drebėjimų bangos greitėja arba lėtėja praeidamos per skirtingas medžiagas — ir sukonstravo trimačio tankio modelį Žemės mantijai po Antarktida. Galima manyti tai kaip kompiuterinį kompiuterinį tomografiją planetai, kur žemės drebėjimai atlieka apšviečiančių spindulių vaidmenį. Vėliau jie šį tankio modelį įtraukdami į fizika pagrįstas mantijos srauto ir gravitacijos simuliacijas rekonstravo geoidę per giluminį laiką.
Gauti rezultatai labai gerai sutampa su šiuolaikinės palydovinės gravitacijos matavimais. Šis sutapimas suteikia tyrėjams pasitikėjimo, kad jų modelis užfiksuoja esminę Antarkties geoidinio žemumo anatomiją. Iš to taško jie atliko geodinaminį atsisukimą atgal: paleido mantijos srauto modelį atbulai, kad patikrintų, kaip gravitacinė įdubimo sritis vystėsi nuo ankstyvojo kenozojo periodo, maždaug prieš 70 milijonų metų, o vėliau paleido modelį į priekį, kad pamatytų, ar jis sugrįžta į šiandieninę geoidę.
Kaip susidaro gravitacijos įdubimas ir kodėl tai svarbu
Išryškėja lėtos transformacijos vaizdas. Gravitacinis žemumas prie Antarktidos egzistuoja bent jau 70 milijonų metų, tačiau jo forma ir intensyvumas ženkliai pasikeitė maždaug prieš 50 milijonų metų. Pagal simuliacijas, kilimų kilimėlio pavidalo vandenyno litosferos plokštės nuskendo ir subdukcijavo į mantiją po ir aplink Antarktidą. Šios tankios, grimztančios plokštės pakeitė masės pasiskirstymą gilioje mantijoje ir sukūrė nuolatinį geoidinį žemumą paviršiuje.
Tuo pačiu metu po ta sritimi pakilo platus karštos, plūdinčios mantijos medžiagos sluoksnis, kuris per pastaruosius maždaug 40 milijonų metų palaipsniui stiprino geoidinį žemumą. Modelis taip pat atkartoja tikrojo poliarinio pasislinkimo (True Polar Wander) įrašus — lėtą Žemės sukimosi ašies persiorientavimą santykyje su kieta planeta — kas suteikia papildomą patikrinimą jo tikėtinumui. Suderinęs palydovinės gravitacijos duomenis ir paleorotacijos istoriją, tyrimas nuosekliai susieja mantijos konvekciją su matomais paviršiaus signalu.
Kodėl turėtų rūpėti plonas gravitacijos nuosmukis po Antarktidos ledu? Todėl, kad geoidė valdo jūros paviršiaus formą. Ten, kur geoidė yra žemesnė, vandenyno paviršius linkęs būti žemiau. Tai atveria intriguojančią galimybę: krentanti geoidė prie Antarktidos galėjo lokaliai sumažinti jūros lygį, pakeisdama pakrantės ir stabilumo linijų sąlygas kritiniu metu Žemės klimato istorijoje. Laikas sutampa su svarbiais Antarktidos įšalimo žingsniais — ledynų plokštės pradėjo reikšmingai plėstis maždaug prieš 34 milijonus metų — taigi nors priežastinis ryšys nėra pilnai įrodytas, jis yra pagrįstas ir vertas tolimesnių tyrimų.
Šis tyrimas parodo, kad lėtas mantijos plokščių judėjimas ir plūdinčios kilpos gali palikti pėdsakus jūros lygyje ir ledynų elgsenoje, net jei šie efektai yra subtilūs ir išsiskleidžia per dešimtis milijonų metų.
Pasekmės, įrankiai ir ateities kryptys
Tyrimas pabrėžia seisminių vaizdinių, palydovinės gravimetrijos ir fizika pagrįsto mantijos modeliavimo integracijos vertę. Palydovinės misijos, tokios kaip GRACE ir jos įpėdinės, revoliucionavo mūsų gebėjimą braižyti Žemės gravitacinį lauką. Seisminės tinklai suteikia papildomą vaizdą iš vidaus. Suderinus šiuos duomenis, mokslininkai gali patikrinti, ar giliųjų Žemės procesų, išvestų iš seisminių greičio anomalijų, prognozės taip pat atitinka gravitacijos signalą ir istorinius poliarinio judėjimo įrašus, fiksuotus uolienose ir nuosėdose.
Glaciologams ir jūros lygio tyrėjams išvados yra dvigubos. Pirma, mantijos lemiami geoidės pokyčiai yra neignoruotina ilgalaikės regioninės jūros lygio istorijos dalis ir juos reikia vertinti kartu su klimato veiksniais, tokiais kaip ledų tirpimas ir šiluminė išsiplėtimas. Antra, kadangi mantijos srautas veikia milijonų metų mastu, jo įtaka yra svarbiausia geologiniams ir giliojo laiko klimato tyrimams — tačiau jis taip pat gali pagelbėti kuriant ledynų stabilumo modelius, keisdamas pradines ribines sąlygas.
Ateities darbai turės tikslinti laiko juostas ir mechanizmus. Ar aukštos skiriamosios gebos mantijos modeliai ir patobulinti seisminiai rinkiniai galėtų tiksliai nustatyti, kada ir kur geoidė keitėsi sparčiausiai? Ar nuosėdų ir paleopakrančių įrašai aplink Antarktidą gali patvirtinti numatomus lokalius jūros lygio sumažėjimus? Tai yra patikrinami klausimai. Reikalinga aparatūra ir metodai jau egzistuoja; dabar svarbu patobulinti duomenų įvedimus ir integruoti skirtingų šaltinių duomenis.
Eksperto įžvalga
„Man labiausiai įtikinamas dalykas,“ sako dr. Lina Moreno, geodinamikos specialistė, nedalyvavusi šiame tyrime, „yra priežastinis grandinės ryšys, kurį autoriai siūlo: plokščių subdukcija, mantijos pertvarka, geoidės modifikacija ir galimi padariniai vietiniam jūros lygiui bei ledynų elgsenai. Kiekvienas grandies mazgas turi neapibrėžtumų, tačiau metodika įtikinamai sieja stebėjimus ir teoriją. Tai primena, kad kieta Žemė nėra statiška — ji lėtai, bet aktyviai veikia klimato sistemą.“
Atrodo mažas, tačiau svarbus: Antarkties gravitacijos žemumas primena, kad Žemės vidus juda, o šie judesiai siunčia bangas per vandenynus ir ledus. Lieka daug klausimų, į kuriuos reikia atsakyti — bet kuo giliau žvelgiate, tuo labiau planetos vidus pradeda aiškinti paviršiaus istorijas, kurias bandome skaityti.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą