उच्च-रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग से गहरी भूमिगत सुविधाओं का पता चलता है

पृथ्वी की परतों का एनिमेशन।

कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के नेतृत्व में नया शोध, सतह से लगभग तीन हजार किलोमीटर नीचे, पृथ्वी की कोर के साथ सीमा परत में चट्टान की एक असामान्य पॉकेट की विस्तृत ‘छवि’ प्राप्त करने वाला पहला है।

चट्टान का रहस्यमय क्षेत्र, हवाई द्वीप के लगभग सीधे नीचे स्थित है, बहुत कम वेग के कई क्षेत्रों में से एक है – इसलिए कहा जाता है क्योंकि भूकंप की लहरें क्रॉल करने के लिए धीमी हो जाती हैं क्योंकि वे उनके माध्यम से गुजरती हैं।

19 मई 2022 को पत्रिका में प्रकाशित शोध प्रकृति संचारइन एन्क्लेवों में से एक की जटिल आंतरिक विषमता को विस्तार से प्रकट करने वाला पहला है, जो पृथ्वी के गहरे आंतरिक परिदृश्य और उनके भीतर चल रही प्रक्रियाओं पर प्रकाश डालता है।

“पृथ्वी की सभी गहन आंतरिक विशेषताओं में से, यह सबसे अद्भुत और जटिल है।” – मेरे जैसा

“पृथ्वी की सभी गहरी आंतरिक विशेषताओं में से, यह सबसे आकर्षक और जटिल है। हमने अब इसकी आंतरिक संरचना को दिखाने के लिए पहला ठोस सबूत प्राप्त किया है – यह गहरे भूकंप विज्ञान में एक वास्तविक मील का पत्थर है,” प्रमुख लेखक ज़ी ली ने कहा, एक पीएचडी छात्र कैम्ब्रिज में पृथ्वी विज्ञान विभाग में। ग्राउंड”।

पृथ्वी का आंतरिक भाग प्याज की तरह बनता है: केंद्र में लौह-निकल कोर होता है, जो एक मोटी परत से घिरा होता है जिसे मेंटल कहा जाता है, और उसके ऊपर एक पतली बाहरी परत – वह परत जिस पर हम रहते हैं। हालांकि मेंटल एक ठोस चट्टान है, लेकिन यह काफी गर्म है कि यह बहुत धीमी गति से बहती है। आंतरिक संवहन धाराएं सतह को गर्मी खिलाती हैं, जिससे टेक्टोनिक प्लेटों की गति होती है और ज्वालामुखी विस्फोट होते हैं।

वैज्ञानिक भूकंप से भूकंपीय तरंगों का उपयोग “देखने” के लिए करते हैं कि पृथ्वी की सतह के नीचे क्या है – इन तरंगों की गूँज और छाया गहरे इंटीरियर की रडार जैसी छवियों को प्रकट करते हैं। लेकिन हाल तक, कोर-मेंटल सीमा पर संरचनाओं की “छवियां”, हमारे ग्रह के आंतरिक गर्मी प्रवाह का अध्ययन करने के लिए प्राथमिक रुचि का एक क्षेत्र, दानेदार और व्याख्या करना मुश्किल था।

Sdiff Ray के इवेंट और ट्रैक

इस अध्ययन में प्रयुक्त Sdiff किरणों की घटनाएँ और प्रक्षेप पथ। a) हवाई में अल्ट्रा-लो वेलोसिटी क्षेत्र के केंद्र के माध्यम से काटने वाला एक क्रॉस सेक्शन, 1D PREM अर्थ मॉडल के लिए 96°, 100°, 110° और 120° पर Sdiff तरंगों के लिए किरण प्रक्षेपवक्र दिखा रहा है। ऊपर से नीचे तक धराशायी रेखाएं 410 किमी, 660 किमी और 2,791 किमी (कोर-मेंटल सीमा से 100 किमी ऊपर) की निरंतरता को दर्शाती हैं। b) 2791 किमी की गहराई पर पृष्ठभूमि टोमोग्राफी मॉडल SEMUCB_WM1 पर ईवेंट और Sdiff किरण प्रक्षेपवक्र। 20100,320 (पीला), 20111214 (हरा), 20120417 (लाल), 20180910 (बैंगनी), 20180518 (भूरा), 20181030 (गुलाबी), 20161122 (ग्रे), स्टेशन (त्रिकोण) सहित विभिन्न रंगों में चित्रित घटनाओं के लिए समुद्र तट गेंदें , और किरणें। इस अध्ययन में इस्तेमाल किए गए निचले मेंटल में 2791 किमी के छेद की गहराई पर Sdiff तरंग प्रक्षेपवक्र। छोटी अवधि के विश्लेषण में प्रयुक्त घटना को पीले रंग में हाइलाइट किया गया है। प्रस्तावित ULVZ स्थान को एक काले घेरे में दिखाया गया है। धराशायी रेखा ए में खींचे गए क्रॉस सेक्शन को दिखाती है। क्रेडिट: नेचर कम्युनिकेशंस, डीओआई: 10.1038/s41467-022-30502-5

शोधकर्ताओं ने कोर-मेंटल सीमा पर किलोमीटर-स्केल संरचनाओं का पता लगाने के लिए अत्याधुनिक संख्यात्मक मॉडलिंग विधियों का उपयोग किया। सह-लेखक डॉ. कुआंगडाई लेंग के अनुसार, जिन्होंने एट . के दौरान विधियों का विकास किया[{” attribute=””>University of Oxford, “We are really pushing the limits of modern high-performance computing for elastodynamic simulations, taking advantage of wave symmetries unnoticed or unused before.” Leng, who is currently based at the Science and Technology Facilities Council, says that this means they can improve the resolution of the images by an order of magnitude compared to previous work.

The researchers observed a 40% reduction in the speed of seismic waves traveling at the base of the ultra-low velocity zone beneath Hawaii. This supports existing proposals that the zone contains much more iron than the surrounding rocks – meaning it is denser and more sluggish. “It’s possible that this iron-rich material is a remnant of ancient rocks from Earth’s early history or even that iron might be leaking from the core by an unknown means,” said project lead Dr Sanne Cottaar from Cambridge Earth Sciences.

Hawaiian Ultra-Low Velocity Zone (ULVZ) Structure

Conceptual cartoons of the Hawaiian ultra-low velocity zone (ULVZ) structure. A) ULVZ on the core–mantle boundary at the base of the Hawaiian plume (height is not to scale). B) a zoom in of the modeled ULVZ structure, showing interpreted trapped postcursor waves (note that the waves analyzed have horizontal displacement). Credit: Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-022-30502-5

The research could also help scientists understand what sits beneath and gives rise to volcanic chains like the Hawaiian Islands. Scientists have started to notice a correlation between the location of the descriptively-named hotspot volcanoes, which include Hawaii and Iceland, and the ultra-low velocity zones at the base of the mantle. The origin of hotspot volcanoes has been debated, but the most popular theory suggests that plume-like structures bring hot mantle material all the way from the core-mantle boundary to the surface.

With images of the ultra-low velocity zone beneath Hawaii now in hand, the team can also gather rare physical evidence from what is likely the root of the plume feeding Hawaii. Their observation of dense, iron-rich rock beneath Hawaii would support surface observations. “Basalts erupting from Hawaii have anomalous isotope signatures which could either point to either an early-Earth origin or core leaking, it means some of this dense material piled up at the base must be dragged to the surface,” said Cottaar.

More of the core-mantle boundary now needs to be imaged to understand if all surface hotspots have a pocket of dense material at the base. Where and how the core-mantle boundary can be targeted does depend on where earthquakes occur, and where seismometers are installed to record the waves.

The team’s observations add to a growing body of evidence that Earth’s deep interior is just as variable as its surface. “These low-velocity zones are one of the most intricate features we see at extreme depths – if we expand our search, we are likely to see ever-increasing levels of complexity, both structural and chemical, at the core-mantle boundary,” said Li.

They now plan to apply their techniques to enhance the resolution of imaging of other pockets at the core-mantle boundary, as well as mapping new zones. Eventually, they hope to map the geological landscape across the core-mantle boundary and understand its relationship with the dynamics and evolutionary history of our planet.

Reference: “Kilometer-scale structure on the core–mantle boundary near Hawaii” by Zhi Li, Kuangdai Leng, Jennifer Jenkins and Sanne Cottaar, 19 May 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-30502-5

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