Jordens dybe kappe flyder dynamisk

Da gamle havgulve falder over 1, 000 km ind i Jordens dybe indre, de får varm sten i den nedre kappe til at flyde meget mere dynamisk end tidligere antaget, finder en ny UCL-ledet undersøgelse.

Opdagelsen besvarer mangeårige spørgsmål om arten og mekanismerne i kappe strømning i den utilgængelige del af dyb jord. Dette er nøglen til at forstå, hvor hurtigt Jorden køler, og den dynamiske udvikling af vores planet og andre i solsystemet.

"Vi forestiller os ofte Jordens kappe som en væske, der flyder, men det er den ikke - det er et fast stof, der bevæger sig meget langsomt over tid. Traditionelt har man har troet, at stenstrømmen i Jordens nederste kappe er træg, indtil man rammer planetens kerne, med den mest dynamiske handling, der sker i den øvre kappe, der kun går til en dybde på 660 km. Vi har vist, at dette trods alt ikke er tilfældet i store regioner dybt under den sydlige Stillehavsrand og Sydamerika, "forklarede hovedforfatter, Dr. Ana Ferreira (UCL Earth Sciences og Universidade de Lisboa).

"Her, den samme mekanisme, vi ser, forårsager bevægelse og deformation i det varme, sten under tryk i den øvre kappe forekommer også i den nedre kappe. Hvis denne øgede aktivitet sker ensartet over hele kloden, Jorden kunne køle hurtigere, end vi tidligere troede ", tilføjede Dr. Manuele Faccenda, Universita di Padova.

Studiet, udgivet i dag i Naturgeovidenskab af forskere fra UCL, Universidade de Lisboa, Universita di Padova, Kangwon National University og Tel Aviv University, giver tegn på dynamisk bevægelse i Jordens nedre kappe, hvor gamle havgulve styrter mod planetens kerne, krydser fra den øvre kappe (op til ~ 660 km under skorpen) til den nedre kappe (~ 660—1, 200 km dybt).

Teamet fandt ud af, at deformation og øget strømning i den nedre kappe sandsynligvis skyldes bevægelse af defekter i krystalgitteret af sten på den dybe jord, en deformationsmekanisme kaldet "dislokationskryp", hvis tilstedeværelse i den dybe kappe har været genstand for debat.

Forskerne brugte store datasæt indsamlet fra seismiske bølger dannet under jordskælv til at undersøge, hvad der sker dybt inde i Jordens indre. Teknikken er veletableret og sammenlignelig med, hvordan stråling bruges i CAT -scanninger for at se, hvad der sker i kroppen.

"I en CAT -scanning, smalle stråler af røntgenstråler passerer gennem kroppen til detektorer modsat kilden, at bygge et billede. Seismiske bølger passerer gennem jorden på nogenlunde samme måde og detekteres af seismiske stationer på den modsatte side af planeten til jordskælvets epicenter, giver os mulighed for at bygge et billede af strukturen i Jordens indre, "forklarede Dr. Sung-Joon Chang, Kangwon National University.

Ved at kombinere 43 millioner seismiske datamålinger med dynamiske computersimuleringer ved hjælp af Storbritanniens supercomputere HECToR, Archer og den italienske Galileo Computing Cluster, CINECA forskerne genererede billeder for at kortlægge, hvordan Jordens kappe flyder på ~ 1 dybder, 200 km under vores fødder.

De afslørede øget mantelflow under det vestlige Stillehav og Sydamerika, hvor gamle havgulve styrter mod Jordens kerne over millioner af år.

Denne tilgang til at kombinere seismiske data med geodynamisk computermodellering kan nu bruges til at opbygge detaljerede kort over, hvordan hele kappen flyder globalt for at se, om forskydningskryp er ensartet i ekstreme dybder.

Forskerne ønsker også at modellere, hvordan materiale bevæger sig op fra Jordens kerne til overfladen, som sammen med denne seneste undersøgelse, vil hjælpe forskere med bedre at forstå, hvordan vores planet udviklede sig til sin nuværende tilstand.

"Hvordan mantelstrømme på Jorden kan styre, hvorfor der er liv på vores planet, men ikke på andre planeter, som Venus, som har en lignende størrelse og placering i solsystemet som Jorden, men har sandsynligvis en meget anden stil med kappe flow. Vi kan forstå meget om andre planeter ved at afsløre vores egne hemmeligheder, "sluttede Dr. Ferreira.