jak se vyrábí mořské dno?

Nastupte na loď v Los Angeles a vydejte se na jihozápad, dokud neztratíte ze zřetele zemi. Pak pokračujte, a jít, a jít, dokud nedosáhnete uprostřed ničeho v Tichém oceánu. Není tam nic k vidění, jen voda ve všech směrech. Ale kdybyste tam byli v prosinci 2011, narazili byste na loď plující zvláštním vzorem. Pohybovala se na východ a na západ a na sever a na jih a kolem půlkruhu. A po celou dobu, za lodí každé čtyři minuty vybuchla Fontána bublající mořské vody jako hodinky.

nešlo o vojenské cvičení nebo signál pro UFO, ani o nějakou podivnou luxusní plavbu. Cestující na výzkumné plavidlo Marcus G. Langseth byli vědci, a velké bubliny přišel ze vzduchovek, že emitované stlačeného vzduchu. Bubliny praskly hlasitými prasknutími a posílaly zvukové vlny dolů vodou a pod mořským dnem. Zvukové vlny se ozývaly podmořskými skalami a byly zaznamenány poslechovými zařízeními umístěnými na mořském dně. Jako netopýři navigace podle echolokace, výzkumníci používali zvuk kompenzovat chybějící zrak jako oni dotázaných kameny, které leží na dně oceánu.

nyní se možná divíte, proč jsme se my vědci konkrétně zaměřili na střed Pacifiku. Skály pod Pacifiku jsou součástí Pacifické tektonické desky, jeden z asi tucet obrovské desky, které tvoří křehký vnější vrstvy naší planety a zapadají do sebe jako kousky puzzle. Tektonické desky se pohybují kolem jako obrovský, pomalý-motion autíčka, budovy, pohoří, když se srazí, třes planetě zemětřesení, když se uklouznout a zlomit, a postupně, neustále reorganizuje mapě světa.

vědci studovali oceánské desky velmi podrobně v blízkosti posouvajících se hranic mezi deskami a v blízkosti jedinečných rysů, jako jsou Havajské ostrovy. Ale opravdu nevíme, jak vypadá“ normální “ oceánská deska. Můžete o tom přemýšlet tímto způsobem: Představte si, že moderní medicína věděla všechno o vzácných genetických onemocněních, ale nikdo se nemohl shodnout na průměrné teplotě zdravého lidského těla.

to je víceméně situace s mořskými geofyziky a obyčejnými oceánskými deskami-tedy lodí uprostřed ničeho. Toto místo v Pacifiku je normální, jak přicházejí. Mořské dno je staré asi 70 milionů let. Leží daleko od komplikací hranic desek a sopečných hotspotů. Pokud chceme zjistit samotné základy oceánské desky-jak se vyrábí obyčejná deska a jak se v průběhu času mění-uprostřed ničeho je přesně tam, kde chceme být.

naslouchání ozvěnám

vědci na palubě Langsethu neviděli ani se nedotkli pevného mořského dna hluboko pod trupem plavidla. I kdyby se mohli dostat až na dno oceánu, skály, které nás zajímají, jsou o míle dál, hluboko pod mořským dnem. Jak můžete studovat něco tak nepřístupného? Zasláním zvukové vlny a nahrávání ozvěny vracející se po zvuku cestoval skrz podloží. Čas potřebný pro zvuk šíří od zdroje zvuku k oceánu-spodní seismometr poslech na mořském dně může řekněte nám o tom, co je pod povrchem—proto, že rychlost zvuku závisí na složení a struktuře materiálu, zvukové vlny cestují přes, stejně jako teplota a tlak, který materiál je pod.

tato technika se nazývá seismologie s aktivním zdrojem – na rozdíl od pasivní seismologie, kde zemětřesení poskytují přirozeně se vyskytující, ale nekontrolovaný zdroj zvuku. Není to dokonalá technika. Ale tím, že poslouchá ozvěny a dozvuky z občasné bublinky služba koncové loď, můžeme najít stopy vlevo ve skalách, jak se taví, tekla, ochladí se, a popraskané více než desítky milionů let. A můžeme začít sledovat historii obyčejného kusu oceánské desky.

vědci na Langseth shromážděných dat po kousku mořského dna zhruba 400-600 čtverečních kilometrů (250-375 kilometrů čtverečních), měření rychlosti zvukové vlny cestování v různých směrech. Data ukazují, že zvuk cestuje asi 0,6 kilometrů za sekundu (2 000 stop za sekundu) rychleji na východ a západ než na sever a na jih v tomto místě. Čekali jsme, že to najdeme, plus mínus pár procent. Ale data také ukazují něco jiného: Rychlost zvukových vln směřujících na východ a na západ se zvyšuje, když jdete hlouběji do tohoto kusu oceánské desky, ale rychlost zvuku sever-jih zůstává konstantní. Co nám to může říct o tom, jak se tvoří tektonické desky?

Taje a teče

Oceánské desky jsou neustále kované na střední-vyvýšeniny oceánu, podmořský horský řetězec vytvořen, kde okrajích dva talíře jsou odděleny. Pokud byste mohli sedět přímo pod hřebenem, viděli byste skály ze zemského pláště-horká vrstva pod kůrou-tání a prosakování směrem ke švu mezi dvěma deskami. Roztavená hornina se ochladí a vytvoří kůru. Nová kůra je pomalu vytáhl ven a pryč z hřebene jako dvě desky pohybují od sebe, takže prostor pro roztavený plášť.

horní část pláště také proudí příčně spolu s tím křehké kůry, chlazení a posilování, jak to se pohybuje pryč od hřebene. Nechápejte mě špatně – tento tekoucí horní plášť je stále pevná skála. Klíčem je čas. Po krátkou dobu (v lidském měřítku) se horní plášť chová jako pevná látka, ale po miliony let může horká látka pod hřebenem vytékat spolu s kůrou. Je to jako hloupý tmel: Udeřte ho rychle kladivem a rozbije se, ale pomalu ho stiskněte rukou a jen se rozdrtí. Deska jako celek je vyrobena z kůry a toho pevného tekoucího vrchního pláště. Pohybují se společně jako jedno tuhé tělo, vytlačené z hřebene po desítky milionů let.

plášť tekoucí na hřebeni má trvalý účinek: zarovná krystaly uvnitř hornin v horním plášti tak, aby směřovaly ve směru toku. Toto zarovnání krystalů se zamrzne do desky, když se vzdaluje od tepla hřebene. Představte si, co se stane, když do rychle tekoucí řeky upustíte náklad kulatiny. Protokoly se budou tlačit a otáčet proudem, dokud nebudou všechny směřovat po proudu. Tyto krystaly dělají totéž, pouze v mnohem pomalejším druhu toku. Toto zarovnání krystalů nazýváme „látkou“.“Stejně jako tkaná tkanina má v sobě zabudované některé směry.

tato křišťálová tkanina způsobuje, že zvukové vlny cestují rychleji na východ a západ než na sever a na jih v našem studijním místě v Pacifiku. Jak to funguje? Zamyslete se nad jedním z těch kmenů, které tečou v řece. Rozdělení polena s obilím vyžaduje méně síly než řezání proti zrnu. My geofyzici říkáme, že protokoly jsou anizotropní: síla protokolu není (an) stejná (iso), pokud otočíte (tropos) protokol na jinou orientaci.

rychlost zvuku je také anizotropní: zvuk cestuje rychleji s, spíše než proti, obilí. Když tok pláště zarovná krystaly ve skalách tak, aby směřovaly od hřebene, zvuk cestující tímto směrem přes skály se bude pohybovat rychleji. Toto anizotropní krystal tkanina je podpis deska formace, které jsme změřili 70 milionů let později, v Pacifiku.

chlazení a praskání

ale to není úplně celý příběh. Také jsme naměřili, jak se zvuk změní rychlost v různých hloubkách pod mořským dnem, a crystal zarovnání nevysvětluje, proč east-west zvukové vlny cestovat rychleji, když se pohybují přes skály hlouběji do desky. Abychom na to přišli, musíme se podívat kolem hřebene a zjistit, co se stalo s naší deskou mezi časem, který se vytvořil, a současností.

deska začíná horká na hřebeni středního oceánu. V průběhu času studená mořská voda sedící nahoře absorbuje toto teplo a deska ztuhne, zhušťuje a Stahuje. Tvoří se drobné trhliny. Podobné druhy tepelných kontrakcí můžete vidět na silnicích a chodnících. Po tvrdé zimě se objevují trhliny, kde se chodník v chladu zmenšil. V oceánských deskách mají tepelné trhliny tendenci se tvořit rovnoběžně s hřebenem.

tyto zarovnané trhliny také vytvářejí anizotropii. Zvukové vlny, které cestují paralelně s prasklinami, nejsou ovlivněny, ale vlny, které se snaží jít kolmo nebo pod úhlem skrz trhliny, jsou zpomaleny. Mikroskopické trhliny, o kterých si myslíme, že jsou v horním plášti desky, mohou částečně zrušit anizotropii krystalové tkaniny z toku pláště.

ale čím hlouběji jdeme v naší desce, tím více překrývajících se hornin zvyšuje tlak na skály pod nimi, stlačuje trhliny a stlačuje je. A to nabízí naše nejlepší vysvětlení pro naše pozorování: V mělkých hloubkách, praskliny proti crystal fabric, ale když se tlak zvyšuje hlouběji, trhliny blízko a vidíme plné účinky crystal zarovnání.

naslouchání zemi

této obyčejné oceánské desce se během 70 milionů let stalo hodně. Našli jsme stopy tání, tok pláště, chlazení, a křehké praskání, vše odhaleno pomocí ozvěn zvukových vln procházejících podpovrchem.

je pozoruhodné, že můžeme rozluštit příběh tektonické desky na této úrovni. V počátcích deskové tektonické teorie, vědci hledali anizotropii, aby poskytli důkaz, že se deska šířící se v oceánu skutečně děje. Nyní, naše měření jsou dost dobré vidět za tím: Anizotropie kóduje informace o talíř šíření a o další procesy, které mění deska miliony let po krystaly nejprve zarovnán na hřeben.

Co jiného se můžeme naučit z anizotropie? Mohli bychom ji použít k odhalení a mapování „proudů“ hornin proudících v nitru země, jak můžeme pro oceánské proudy? Ještě ne, ale nová měření vedou k nové generaci otázek, a když budeme pozorně naslouchat ozvěnám, které se ozývají zemí, možná uslyšíme některé z odpovědí o tom, jak se tvář planety, kterou nazýváme domovem, vytvořila a vyvinula.

Tento výzkum byl financován National Science Foundation, NSF Graduate Research Fellowship, J. Seward Johnson Fondu, Paul McDonald Fye Postgraduální Fellowship v Oceánografie, a Charles D. Hollister Postgraduální Student Společenstva.