Sok kérdésre választ ad a Föld köpenyében azonosított új réteg

Több van a Föd mélyén, mint gondolnád!

Geológusok egy új, a környezetéhez képest kevésbé plasztikus réteget azonosítottak a Földkéreg, közel 1500 km mély zónájában. A felfedezés egy komoly geológiai kérdésre is véglegesen pontot tehet. A Földfelszín alatti rétegek mélyszerkezeti struktúrájának elemzéséhez már régóta szeizmikus hullámokat használunk. A Föld belseje felé haladó hullámok a mindenkori anyagtulajdonságoknak megfelelően változtatnak irányt és sebességet, amelyeknek köszönhetően megrajzolhatjuk az egyes endogén határzónákat és rétegeket. Évtizedekkel ezelőtt a tankönyvekből is ismert kéreg - köpeny - mag határát is így különítették el egymástól a tudósok. A módszer pontosodásának köszönhetően idővel a Föld belső szerkezetének egyre több részlete kezdett kirajzolódni, mígnem mára az egymástól elhatárolható fizikai tulajdonságú köpeny- és mag-szeletek hagymahéjszerűen terítik be a bolygót.

Gyakoriak az új rétegek

Utoljára nagyobb sajtóvisszhangot kiváltó felfedezés a Bristol Egyetem kutatócsoportja által négy évvel ezelőtt a külső mag és a köpeny között felfedezett rétege kapott, ami feltételezések szerint a mag könnyebb (nem vas-nikkel) anyagainak későbbi felhalmozódása lehet, közvetlenül a köpeny alatt. Hasonló hírű volt 2005-ben a Liverpooli Egyetem kutatóinak felfedezése is, akik két szeizmikus hullámokat visszaverő határfelületet, egyben egy közöttük elterülő apró réteget azonosítottak az alsó köpenyben. Ezzel egy olyan hipotézist szerettek volna megerősíteni, vagy cáfolni, amire úgy tűnik a Utahi Egyetem felfedezése tehet véglegesen pontot.

Nem folyik, nem fröcsög

A Föld belső szerkezetének laikus felfogása értelmében a kéreg alatti köpeny folyékony. Fontos tudni azonban, hogy a köpeny és a mag külső része valójában szilárd, szó szerint kopogni lehetne rajtuk. Alapvető fizikai különbség, a köpeny-anyagok tulajdonságaiban a nagy nyomás és az ezzel párosuló nagy hőmérséklet miatt áll fenn. Ebben a közegben a *"képlékeny"* jellemző, arra a kváziplasztikus tulajdonságra utal, ami az itteni anyagokat ért erőhatások nem széttörnek, hanem hosszú idő alatt inkább deformálnak. A köpenyanyagot ért stresszhatások, nem egyik pillanatról a másikra mennek végbe, hanem évszázezres, évmilliós skálán mozognak, ami eleve bőven elegendő ahhoz, hogy az anyag rugalmasan alkalmazkodjon a környezeti erőhatásokhoz. Magas nyomáson és hőmérsékleten ez azonban még hatékonyabban mehet végbe.

Míg a köpenyben a stabil magas nyomás-hőmérsékleti viszonyok miatt rugalmas tulajdonságok dominálnak, addig a felszínhez közeli kéregben már nem. A felszínközeli folyamatok nemcsak hogy lényegesen gyorsabbak, hanem a nyomás-hőmérséklet viszonyok sem olyan stabilak mint a köpenyben. Az előbbi ridegebb töréses elmozdulásokban, míg az utóbbi a vulkanizmusban ragadható tetten, amelyek egyébként külön-külön is földrengéseket okoznak.

Ha valahol a kőzetek szilárdságát szavatoló nyomás-hőmérséklet egyensúly felborul, ott menthetetlenül megolvad az anyag és a legstabilabb irányba indul el, a felszín felé. A föld mélyében tehát nemcsak amiatt jelenhet meg folyékony kőzetanyag, mert hirtelen melegebb lett, akkor is elszabadul a pokol ha egységnyi térfogatban valahol alacsonyabb, vagy magasabb nyomás alakul ki, az eredeti egyensúlyi viszonyokhoz képest. A felszínen zajló és mélyre hatoló lemeztektonikai folyamatok pedig pontosan ezt teszik, ebbe a különös dinamikába kapcsolódnak be. 

A plasztikus tulajdonságok és az időskála bemutatására az üveg is jó példa, hiszen a fent vázolt jelenség visszafele is működik. Sokan nem is tudják, hogy a közönséges üveg valójában egy extrém-viszkózus, azaz valójában egy igen lassan folyó anyag. Emberi léptékkel ugyan nem észlelhető az üveg folyása, pedig nem kell 100 esztendőt sem várni egy méretes üvegablak küszöbre folyásáig. Az üvegben található rendezetlen szerkezetű szilikátok eközben kvarckristályokba rendeződnek, ezt a folyamatot hívjuk devitrifikációnak, ugyanez zajlik a természetben a vulkáni üvegben, az obszidiánban is, amikor megjelennek bennük a látványos hópelyhek.

Mit találtak a kutatók és mire tehetnek ezzel pontot?

Régóta szakmai viták tárgyát képezi, hogy az Föld felszínén alábukó, más szóval szubdukálódó lemezek a köpenyben meddig hatolnak le?

Új réteget talált a köpenyben

Lowell Miyag a Utah-i Egyetem vezető kutatója, aki nevéhez kapcsolódik a tudományos felfedezés

Az egyik elképzelés szerint az egész köpenyt érintő jelenségről lehet szó, így a szubdukálódó lemezdarabok egészen annak alsóbb zónájáig mehetnek. E feltételezés szerint tehát a felszínen tapasztalt kéregdinamika a teljes köpennyel közvetlenül összekapcsolódó jelenség.

A másik nézet szerint az alábukó lemez nem hatol olyan mélyre, mert útközben egyszerűen "feloldódik" félúton, persze nem a szó hétköznapi értelmében.

Sok millió éves folyamat egy lemezdarab alábukása. A felszínről szubdukálódó kőzetlemezből a könnyebb elemek nagy része már viszonylag "hamar" távoznak a rendszerből. Az alábukó lemezben felhalmozódott könnyű elemek ugyanis a növekvő nyomás-hőmérséklet hatására "kilépnek" a kőzetalkotó ásványok kristályaiból. Ezzel azonban az addig szilárd és a magas nyomás és hőmérséklet ellenére is stabil kőzetekben, lokálisan felborul az egyensúly. A kilépő elemek, más néven fluidumok, gáz halmazállapotúak, felszabadulva jelentősen megnövelik e zónákban a nyomást, ami miatt azonnal olvadás indul el, mígnem a fluidumok és velük a kőzetolvadékok valamelyik vulkán kürtőjén keresztül a felszínre nem tőrnek. Ez a jelenség felel a bolygó felszínén tapasztalható vulkanizmus legnagyobb részéért is.

A második "feloldódásos" elképzelés szerint tehát a lefele haladó kőzetlemez idővel mind kémiai, mind pedig fizikai tulajdonságait tekintve a köpeny részévé válik.

Az új felfedezés valójában egyik kérdésre sem válaszol, de nem is kell neki, hiszen egy új fizikai jelenség azonosításával úgy tűnik eleve teljességgel kizárható ez egyik hipotézis, miközben nagyrészt a másik is cáfolhatóvá válik.

A kutatók a köpeny alsóbb zónájában egy szokatlan, a korábbi modellekhez képest eltérő plaszticitású, keményebb, ezáltal pedig kevésbé rugalmas rétegre bukkantak. A dolog önmagában is érthetetlen, hiszen a jelenlegi ismereteink szerint, se a nyomás se a hőmérsékleti viszonyok nem indokoltnak ilyet, így feltételezhetően a kőzetalkotó ásványok kristályszerkezetének egy eddig nem ismert fizikai tulajdonsága lehet felelős a jelenségért.

Mivel nincs lehetőség ilyen viszonyok között közvetlen mintavételezésre, a kutatók a mélységi viszonyokat modellezve kezdtek kísérletezésbe, ahol extrém magas nyomáson fémekben gazdag köpenykőzetek viselkedését tanulmányozták.

A kísérlet során az e zónákra jellemző szilikátkőzetekkel az olivinekkel dolgoztak(Az olivin valójában egy ásvány csoport, ami a vas-magnézium-szilikátok elegyásványait jelöli, attól függően hogy milyen a vas-magnézium arány, különböző ásványmegnevezéseket használnak a geológusok. A két szélső ásvány a szilikát-csoportban a csak vasat tartalmazó fayalit és a magnéziumot tartalmazó forsterit, közöttük a mindenkori mélységgel korrelálva azonban több további ásványmegnevezés is létezik.).

A kutatások során észrevették, hogy a kőzetek tulajdonsága, nagyjából az alsó és felső köpenyhatárok nyomás és hőmérsékleti viszonyai között, hirtelen megváltoztak. A kőzetek viszkozitása csökkent, mivel erőteljesen, közel háromszorosára megnőtt a keménységük. A jelenség azonban nem áll itt meg, a nyomás és hőmérséklet további emelkedésével a keménység tovább nőtt, mígnem 1500 kilométeres nyomás és hőmérsékleti viszonyok között ez az érték közel 300 szorosa lett a normálishoz, vagy legalábbis az eddig normálisnak gondolt értékekhez képest.

A keményedés aztán hirtelen megszűnt, a nyomás és a hőmérséklet további növekedésével, a kőzetek tulajdonsága az eddig ismert formában folytatódott, azaz visszaálltak az ismert plaszticitású tulajdonságok.

Ez a kiugróan keményebb réteg a köpeny középső-alsó zónájában gyakorlatilag falat képezhet az alábukó lemezek számára, amelyek így képtelenek tovább haladni. A felfedezés ezzel alátámaszthatja azt a hipotézist, hogy szubdukálódó lemeztöredékek sosem érik el az alsó köpenyt, egyben cáfolhatja azt is, hogy ennek egyetlen oka a köpenyben történő "feloldódás" lenne.

Új réteg a köpenyben

Az alábukó lemezek gyakorlatilag képtelenek tovább haladni a jóval keményebb rétegen, így ezek a lemeztöredékek sosem érik el az alsó köpenyt sem.

Most szólj, vagy hallgass örökké!

További ajánlataink

Az ókor, kénkövektől bűzös alvilágának legendája igaz, a bűzt illetően biztosan!

Egy új kutatás a Föld magjában hatalmas, a Holdunk tömegének közel 10%-át kitevő mennyiségben azonosított ként. Ez akkora mennyiség, ami a bolygónk geokémiájáról alkotott eddigi elképzeléseinket is átszabja.

Tektonikusan alátámasztott hatástanulmány készült a lehetetlenről, ami mégis lehet!!!

Nem könnyű feladat megállítani, de a geológia segíthet a bajban!

LSD élmény a Föld alatt!

A földtudósnak nem kell LSD a pszichedelikus élmények permanens megtapasztalásához, minek is kéne, hiszen a legnagyobb szer, amiről nehéz lejönni maga a Föld.

Értelmet kapott a csillám szó a fasz előtt!!!

Sosem volt tiszta, hogy a csillámfaszlámában a csillám az mire is utal pontosan? Tévhit, hogy csak a csillogáshoz lenne köze, alapjai inkább kőzettaniak és a filoszilikátok titkaiban keresendők!

Amikor a generációs szakadék óceánokká dagad

Minden tudományterületnek megvannak a prostituáltjai és a stricijei is, no és persze ott vannak a végfelhasználók...