海底はどのように作られていますか？

ロサンゼルスで船に乗り、土地を見失うまで南西に向かいます。 そして、あなたが太平洋のどこの真ん中に到達するまで、行き続け、行き続け、行き続けます。 そこに見るものは何もありませんが、すべての方向に水があります。 しかし、あなたが2011年にそこにいたなら、あなたは独特のパターンで航行する船に遭遇したでしょう。 それは東と西と北と南と半円の周りに移動しました。 そしてその間ずっと、船の後ろで泡立つ海水の噴水が時計仕掛けのように四分ごとに噴出しました。これは、軍事演習やUfoへの信号、またいくつかの奇妙な豪華なクルーズではありませんでした。

これは、軍事演習やUfoへの信号ではありませんでした。 研究船Marcus G.Langsethの乗客は科学者であり、大きな泡は圧縮空気を放出するエアガンから来た。 泡は大きな破裂音で破裂し、音波が水を通って海底の下に送られます。 音波は海底の岩を通って反響し、海底に設置されたリスニングデバイスによって記録されました。 エコーロケーションによってナビゲートするコウモリのように、研究者は海の下にある岩を調査したときに視力の欠如を補うために音を使用していました。

今では、なぜ私たちの科学者が特に太平洋の真ん中をターゲットにしたのか疑問に思うかもしれません。 太平洋の下の岩は、太平洋の構造プレートの一部であり、私たちの惑星の脆い外層を構成し、ジグソーパズルのピースのように一緒に収まる約十数の巨大なプレートの一つです。 構造プレートは、巨大な、スローモーションのバンパーカーのように動き回り、衝突すると山脈を構築し、滑り落ちると地震で惑星を揺れ、徐々に世界地図を絶えず再編成します。

科学者たちは、プレート間のシフト境界の近く、およびハワイ諸島のようなユニークな特徴の近くで、海洋プレートを非常に詳細に研究してきました。 しかし、私達は、「正常な」海洋プレートがどのように見えるかを本当に知りません。 あなたはそれをこのように考えることができます: 現代医学はまれな遺伝病について知るべきことすべてを知っていたが、健康な人体の平均気温に誰も同意できなかったと想像してください。それは多かれ少なかれ海洋地球物理学者と普通の海洋プレートの状況です—したがって、どこの真ん中に船です。

それは海洋地球物理学者と普通の海洋 太平洋のこの場所は、彼らが来るのと同じくらい普通です。 ここの海底は約70万年前です。 それはプレート境界と火山のホットスポットの複雑さから遠くに位置しています。 私たちが海洋プレートの基本を理解したいのであれば、普通のプレートがどのように作られ、どのように時間の経過とともに変化するか—どこの真ん中にも、私たちがなりたい場所はまさにそこにあります。

エコーを聞いて

ラングセスに乗っている科学者は、船の船体のはるか下の固体海底を見たり触れたりすることができませんでした。 たとえ彼らが海の底に降りることができたとしても、私たちが興味を持っている岩は何マイルも下にあり、海底の深いところにあります。 どのようにそんなにアクセスできない何かを勉強することができますか？ 音波を送り、音が表面下を通って旅した後戻るエコーを記録することによって。 音が音源から海底で聞く海底地震計に移動するのにかかる時間は、音の速度が音波が通過している材料の組成と構造、および材料が下にある温度と圧力に依存するため、表面の下に何があるかを教えてくれる。

この技術は、地震が自然に発生するが制御されていない音源を提供する受動地震学とは対照的に、アクティブソース地震学と呼ばれています。 それは完璧な技術ではありません。 しかし、船に続く断続的な泡のような航跡からのエコーと残響を聞くことによって、数千万年にわたって岩が溶け、流れ、冷却され、割れたときに岩に残された手がかりを見つけることができます。 そして、私たちは海洋プレートの普通の部分の歴史をトレースし始めることができます。

Langsethの科学者たちは、約400×600平方キロメートル（250×375平方マイル）の海底のパッチでデータを収集し、異なる方向に移動する音波の速度を測定しました。 データは、音がこのサイトで北と南に行くよりも東と西に行くよりも毎秒約0.6キロメートル（毎秒2,000フィート）速く移動することを示しています。 私たちはそれを見つけることを期待し、数パーセントを与えるか、取る。 しかし、データはまた、何か他のものを示しています: あなたが海洋プレートのこの部分に深く行くように東と西に行く音波の速度が増加しますが、南北の音速は一定のままです。 これは、地殻プレートがどのように形成されるかについて私たちに何を教えてくれるでしょうか？

溶けて流れる

海洋プレートは、二つのプレートの縁が分離している海底の山の鎖である中間の海の尾根で連続的に鍛造されています。 あなたは右の尾根の下に座ることができれば、あなたは地球のマントルから岩を見るだろう—地殻の下にある熱い層—溶融し、二つのプレートの間の継ぎ目 溶融した岩は、地殻を形成するために冷却します。 新しい地殻は、2つのプレートが離れて移動して、溶けたマントルのための部屋を作るので、ゆっくりと隆起から引き出されて離れています。

マントルの上部は、その脆い地殻とともに横方向に流れ、尾根から離れるにつれて冷却して強化します。 私は間違って取得しないでください—この流れる上部マントルはまだ固体の岩です。 ここで重要なのは時間です。 短い（人間規模の）時間のために、上部マントルは固体のように振る舞いますが、何百万年もの間、尾根の下の熱いものは地殻とともに滲み出ることがで それは愚かなパテのようなものです: ハンマーで速くそれを打つと、それは粉々になりますが、ゆっくりと、あなたの手でそれを押して、それだけでスカッシュ。 全体としてのプレートは、地殻とその固体流れる最上部マントルで作られています。 彼らは数千万年にわたって尾根から押し出された一つの剛体として一緒に移動します。

尾根で流れるマントルは永続的な効果を持っています：それは流れの方向を指すように上部マントルの岩の中の結晶を整列させます。 それは尾根の熱から離れて移動するように、その結晶配向は、プレートに凍結されます。 あなたが速く流れる川に丸太のトラックをドロップした場合に何が起こるか想像してみてください。 ログは、それらがすべて下流を指すまで、流れを揺り動かして回転します。 これらの結晶は、はるかに遅い種類の流れでのみ同じことを行います。 私達は水晶のこの直線を”生地と呼びます。”織物のように、それはそれに組み込まれたいくつかの方向を持っています。その結晶の生地は、音波が太平洋の私たちの研究サイトで北と南よりも速く東と西を移動させるものです。

その結晶の生地は、音波が北と南よりも速く東と西を移動させるものです。 それはどのように動作しますか？ まあ、川に流れるそれらのログの一つについて考えてみてください。 それは穀物に対して鋸にするより穀物が付いている丸太を裂くためにより少ない力を取ります。 私たち地球物理学者は、ログは異方性であると言います：ログを別の方向に（対角）回すと、ログの強さは（an）同じ（iso）ではありません。

音の速度も異方性であり、音は穀物に対してではなくより速く移動します。 マントルの流れが岩の結晶を尾根から離れるように整列させると、岩を通ってその方向に移動する音はより速く移動します。 この異方性結晶生地は、私たちが70万年後に太平洋で測定したプレート形成の特徴です。

冷却と割れ

しかし、これはかなり全体的な話ではありません。 また、海底下のさまざまな深さで音速がどのように変化するかを測定しましたが、水晶の整列は、プレートの深い岩を通って移動するときに東西の音波がより速く移動する理由を説明していません。 これを理解するために、私たちは尾根を過ぎて見て、それが形成された時間と現在の日の間に私たちのプレートに何が起こったのかを見なければな

プレートは中央海嶺で熱く始まります。 そのうちに、上に坐る冷たい海水はその熱を吸収し、版は堅くなり、densifies、そして引き締まる。 小さな亀裂が形成されます。 道路や歩道でも同様の種類の熱収縮を見ることができます。 厳しい冬の後、寒さの中で舗装が縮小したところに亀裂が現れます。 海洋プレートでは、熱亀裂は尾根に平行に形成される傾向があります。

これらの整列した亀裂も異方性を作成します。 亀裂に平行に移動する音波はそれらの影響を受けませんが、亀裂を垂直または斜めに通過しようとする波は減速します。 プレートの上部マントルにあると思われる微視的な亀裂は，マントル流からの結晶布の異方性を部分的に相殺することができる。

しかし、私たちがプレートに深く入るほど、より上にある岩は、その下の岩に圧力をかけ、亀裂を圧縮し、それらを圧迫します。 そして、それは私たちの観察のための私たちの最高の説明を提供し: 浅い深さで、ひびは水晶生地を打ち消すが、圧力がより深く増加すると同時に、ひびは閉まり、私達は水晶直線の完全な効果を見る。

地球を聞く

この普通の海洋プレートには、70万年以上にわたって多くのことが起こりました。 私たちは、融解、マントルの流れ、冷却、脆い割れの痕跡を発見しました。

このレベルで地殻プレートの物語を解読できることはかなり驚くべきことです。 プレートテクトニクス理論の初期の頃、科学者たちは、海洋に広がるプレートが実際に起こっているという証拠を提供するために異方性を探しに行 異方性は、プレートの広がりや、結晶が最初に尾根に整列してから数百万年後にプレートを変化させる他のプロセスに関する情報を符号化します。

異方性から他に何を学ぶことができますか？ 海流のためにできるように、地球の内部を流れる岩の「流れ」を明らかにし、地図化するためにそれを使うことができますか？ まだではありませんが、新しい測定値は新しい世代の質問を生み出し、地球を反響するエコーをより密接に聞くにつれて、私たちが家と呼ぶ惑星の顔がどのように形成され進化したかについての答えのいくつかを聞くでしょう。

この研究は、国立科学財団、NSF大学院研究フェローシップ、J.スワードジョンソン基金、海洋学におけるポールマクドナルドFye大学院フェローシップ、およびチャールズドD.ホリスター大学院学生フェローシップによって資金を供給されました。