علماء الجيوفيزياء يفكون رموز إشارات زلزالية عميقة غامضة

اكتشف علماء الجيوفيزياء وجود صلة بين الموجات الزلزالية المسماة بـ (سلائف PKP) والشذوذ في وشاح الأرض.

تكشف دراسة جديدة أن الإشارات الزلزالية السابقة لـ PKP، والتي حيرت العلماء لسنوات، تنشأ من مناطق ذات سرعة منخفضة للغاية تقع في أعماق أمريكا الشمالية وغرب المحيط الهادئ. تربط هذه النتائج التي توصل إليها باحثو جامعة يوتا هذه المناطق بخصائص جيولوجية مهمة مثل البراكين الساخنة، باستخدام تقنيات زلزالية متقدمة لتتبع أصولها إلى حدود اللب والوشاح.

مقدمة لـ PKP والألغاز الزلزالية

على مدى العقود التي مرت منذ اكتشافها، كانت الإشارات الزلزالية المعروفة باسم أسلاف PKP تشكل تحديًا للعلماء. حيث تقوم مناطق الوشاح السفلي للأرض بتشتيت الموجات الزلزالية الواردة، والتي تعود إلى السطح في شكل موجات PKP بسرعات مختلفة.

ظل أصل الإشارات السابقة، التي تصل قبل الموجات الزلزالية الرئيسية التي تسافر عبر نواة الأرض، غير واضح، ولكن الأبحاث التي قادها علماء الجيوفيزياء في جامعة يوتا ألقت ضوءًا جديدًا على هذه الطاقة الزلزالية الغامضة.

يبدو أن أسلاف PKP تنتشر من أماكن عميقة تحت أمريكا الشمالية والمحيط الهادئ الغربي وربما ترتبط بـ “مناطق السرعة المنخفضة للغاية”، وهي طبقات رقيقة في الوشاح حيث تتباطأ الموجات الزلزالية بشكل كبير، وفقًا لبحث نُشر في 10 أغسطس في تقدمات AGU، المجلة الرائدة للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي.

ربط أسلاف PKP بالخصائص الجيولوجية

قال المؤلف الرئيسي مايكل ثورن، أستاذ مشارك في الجيولوجيا والفيزياء الجيولوجية في جامعة يوتا: “هذه بعض من أكثر السمات تطرفًا التي تم اكتشافها على هذا الكوكب. نحن لا نعرف ما هي حقًا، لكن الشيء الوحيد الذي نعرفه هو أنها يبدو أنها تتراكم تحت البراكين الساخنة. يبدو أنها قد تكون جذر أعمدة الوشاح بأكملها التي تؤدي إلى ظهور البراكين الساخنة”.

هذه الأعمدة مسؤولة عن النشاط البركاني الذي لوحظ في متنزه يلوستون الوطني، وجزر هاواي، وساموا، وأيسلندا، وجزر غالاباغوس.

وقال ثورن “يبدو أن هذه البراكين الضخمة للغاية تظل قائمة لمئات الملايين من السنين في نفس المكان تقريبًا”. وفي عمل سابق، اكتشف أيضًا واحدة من أكبر مناطق السرعة المنخفضة للغاية المعروفة في العالم.

وأشار ثورن إلى أن “المنطقة تقع مباشرة أسفل جزيرة ساموا، وساموا هي واحدة من أكبر البراكين الساخنة”.

التطورات في تحليل الموجات الزلزالية

على مدى ما يقرب من قرن من الزمان، استخدم علماء الجيولوجيا الموجات الزلزالية لاستكشاف باطن الأرض، مما أدى إلى اكتشافات عديدة لم تكن ممكنة لولا ذلك. على سبيل المثال، قام باحثون آخرون في جامعة يوتا بتوصيف بنية النواة الداخلية الصلبة للأرض وتتبع حركتها من خلال تحليل الموجات الزلزالية.

عندما يهز زلزال سطح الأرض، تنطلق الموجات الزلزالية عبر الوشاح – الطبقة الديناميكية المكونة من الصخور الساخنة والتي يبلغ سمكها 2900 كيلومتر بين قشرة الأرض ونواة المعدن. يهتم فريق ثورن بتلك الموجات التي “تتشتت” عندما تمر عبر سمات غير منتظمة تفرض تغييرات في التركيب المادي في الوشاح. تصبح بعض هذه الموجات المتناثرة مقدمة لـ PKP.

سعى ثورن إلى تحديد المكان الدقيق الذي يحدث فيه هذا التشتت، خاصة وأن الموجات تنتقل عبر وشاح الأرض مرتين، أي قبل وبعد المرور عبر اللب الخارجي السائل للأرض. وبسبب هذه الرحلة المزدوجة عبر الوشاح، أصبح من المستحيل تقريبًا التمييز بين ما إذا كانت الموجات السابقة قد نشأت على جانب المصدر أو جانب المستقبل لمسار الأشعة.

تقنيات بحثية مبتكرة في علم الزلازل

قام فريق ثورن، الذي شمل الأستاذ المساعد في البحث سوريا باتشاي، بتصميم طريقة لنمذجة أشكال الموجة للكشف عن التأثيرات الحاسمة التي لم تتم ملاحظتها من قبل.

وباستخدام طريقة مجموعة الزلازل المتطورة وملاحظات نظرية جديدة من عمليات محاكاة الزلازل، تمكن الباحثون من تحليل بيانات 58 زلزالا وقعت حول غينيا الجديدة وسجلت في أمريكا الشمالية بعد مرورها عبر الكوكب.

“أستطيع أن أضع أجهزة استقبال افتراضية في أي مكان على سطح الأرض، وهذا يخبرني كيف ينبغي أن يبدو مخطط الزلازل من زلزال في هذا الموقع. ويمكننا مقارنة ذلك بالتسجيلات الحقيقية التي لدينا”، كما قال ثورن. “نحن الآن قادرون على التنبؤ بالمكان الذي تأتي منه هذه الطاقة”.

وقد سمحت لهم طريقتهم الجديدة بتحديد مكان حدوث التشتت على طول الحدود بين النواة الخارجية للمعدن السائل والوشاح، والمعروفة باسم حدود النواة والوشاح، والتي تقع على بعد 2900 كيلومتر تحت سطح الأرض.

تفاعلات اللب والوشاح والمناطق الصخرية المنخفضة للغاية

وتشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أن أسلاف PKP ربما جاءت من مناطق تعد موطنًا لمناطق السرعة المنخفضة للغاية. ويشتبه ثورن في أن هذه الطبقات، التي يبلغ سمكها 20 إلى 40 كيلومترًا فقط، تتشكل حيث تصطدم الصفائح التكتونية المندسة بالحدود بين اللب والوشاح في القشرة المحيطية.

“ما وجدناه الآن هو أن هذه المناطق ذات السرعة المنخفضة للغاية لا توجد فقط تحت النقاط الساخنة. إنها منتشرة في جميع أنحاء حدود اللب والوشاح تحت أمريكا الشمالية”، كما قال ثورن. “يبدو حقًا أن هذه المناطق ذات السرعة المنخفضة للغاية يتم توليدها بنشاط. لا نعرف كيف. ولكن لأننا نراها بالقرب من الاندساس، نعتقد أنها موجودة بالفعل في الغلاف الجوي. بازلت منتصف المحيط “تذوب هذه المواد، وهذه هي الطريقة التي يتم بها توليدها. ثم تعمل الديناميكيات على دفع هذه المواد عبر الأرض، وفي النهاية سوف تتراكم تحت النقاط الساخنة.”

وتعمل الديناميكيات على دفع هذه الأشياء في جميع أنحاء الأرض، وفي نهاية المطاف، سوف تتراكم ضد حدود المقاطعات الكبيرة منخفضة السرعة، وهي سمات قارية متميزة من حيث التركيب تحت المحيط الهادئ وأفريقيا، وفقًا لثورن.

وقال “قد تتراكم أيضًا تحت النقاط الساخنة، لكن من غير الواضح ما إذا كانت هذه المناطق ذات الانبعاثات المنخفضة للغاية تتولد بنفس العملية”. وسيتعين علينا انتظار إجراء أبحاث مستقبلية لتحديد عواقب مثل هذه العملية.

مرجع: “التحقيق في مناطق السرعة المنخفضة للغاية كمصدر لتشتت PKP تحت أمريكا الشمالية والمحيط الهادئ الغربي: روابط محتملة للقشرة المحيطية المندسة” بقلم مايكل إس ثورن، وسوريا باتشاي، ومينجمينج لي، وجيمي وارد، وسيباستيان روست، 10 أغسطس 2024، تقدمات AGU.
رقم الوثيقة الرقمية: 10.1029/2024AV001265

تم إجراء هذا البحث، الذي تم تمويله من قبل مؤسسة العلوم الوطنية، بالتعاون مع علماء الجيولوجيا في جامعة ولاية أريزونا وجامعة ليدز في المملكة المتحدة