Twoja wyszukiwarka

ANDRZEJ PIEŃKOWSKI
SYGNAŁY - FALUJĄCY PŁASZCZ ZIEMI
Wiedza i Życie nr 3/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 3/2000

Oryginalny eksperyment pokazał, jak prawdopodobnie wygląda wnętrze naszej planety.

Konwekcja, czyli obieg ciepła i materii w płaszczu Ziemi (płaszcz rozciąga się na głębokości ~20-2900 km), od lat pozostaje jednym z najpoważniejszych nie rozwiązanych problemów w geologii. Najbardziej rozpowszechniona hipoteza zakłada, że płaszcz to w przybliżeniu jednorodna chemicznie warstwa o stopniowo, wraz z głębokością, zwiększającej się gęstości i ciśnieniu, a zachodząca w niej konwekcja ma identyczny charakter w całej jej objętości. Coraz więcej badań wskazuje jednak, że ten model jest niewystarczający. Na przykład nie wyjaśnia zadowalająco pochodzenia tzw. plam gorąca (hot-spots) - miejsc aktywnego wulkanizmu położonych w głębi nieaktywnych obszarów skorupy ziemskiej.

Według nowego modelu tak może wyglądać płaszcz Ziemi

Nowe światło na ten problem rzucił niezwykle ciekawy eksperyment przeprowadzony przez Anne Davaille z Yale University. W szklanym zbiorniku umieściła ona warstwowo dwa różniące się gęstością płyny o dużej lepkości, które następnie zaczęła od spodu podgrzewać, a od góry schładzać. W zbiorniku rozpoczął się proces konwekcji, który doprowadził do powstania intrygujących struktur. Płyny zawierały tylko sól i celulozę, więc były w 100% mieszalne, lecz wymieszaniu zapobiegała wysoka lepkość. Okazało się, że gdy różnica gęstości obu płynów nie przekracza 0.1-2%, dolna warstwa wybrzusza się w kopuły, z których wznoszą się ku powierzchni zbiornika wąskie smugi. Mechanizm ten doskonale pasuje do stwierdzonych w badaniach sejsmicznych rozległych, związanych z wulkanizmem, wybrzuszeń skorupy ziemskiej występujących w rejonie Polinezji Francuskiej i w centrum Afryki. Czas, w jakim takie kopuły w płaszczu podnoszą się i zapadają, określa się na 100 mln-1 mld lat.

Wyniki eksperymentu wskazują także, iż w płaszczu mogą istnieć miejsca, gdzie dolna warstwa ma za mało miejsca, by mogły tworzyć się w niej kopuły. Elementem ograniczającym konwekcję mogłyby być stare fragmenty skorupy ziemskiej, wchłonięte w głąb płaszcza w procesie subdukcji. Za pomocą tomografii sejsmicznej stwierdzono, że niektóre z tych fragmentów docierają nawet do granicy jądra Ziemi. Zdaniem pani Davaille, w takich miejscach również mogą powstawać wąskie strumienie materii biegnące ku powierzchni, lecz będą one dużo chłodniejsze od tych, jakie wznoszą się ze szczytów kopuł. Zjawisko to może tłumaczyć pochodzenie tzw. "zimnych" plam gorąca ('cold' hot-spots), czyli odizolowanych miejsc występowania niskotemperaturowych zjawisk wulkanicznych, jak np. gorące źródła.

"Nature", 6763/1999