Hvordan Er Havbunnen Laget?
Styr et skip I Los Angeles og hodet sørvest til du mister synet av land. Så fortsett, og gå, og gå, til du kommer til midten av ingensteds i Stillehavet. Det er ingenting å se der, men vann i alle retninger. Men hvis du hadde vært der i desember 2011, ville du ha møtt et skip som seiler i et merkelig mønster. Den beveget seg øst og vest og nord og sør og rundt en halvsirkel. Og hele tiden brøt en fontene av boblende sjøvann bak skipet hvert fjerde minutt som urverk.Dette var ikke en militærøvelse eller et signal til Ufoer, eller noe merkelig luksuscruise. Passasjerene På forskningsfartøyet Marcus G. Langseth var forskere, og de store boblene kom fra luftvåpen som ga ut trykkluft. Boblene brister med høye pops, sender lydbølger ned gjennom vannet og under havbunnen. Lydbølgene reverberated gjennom subseafloor bergarter og ble registrert av lytte enheter plassert på havbunnen. Som flaggermus som navigerer ved ekkolokalisering, brukte forskerne lyd for å kompensere for mangel på syn da de undersøkte bergarter som ligger under havet.
nå lurer du kanskje på hvorfor vi forskere spesifikt rettet mot Midten av Stillehavet. Steinene under Stillehavet er en Del Av Stillehavet tektonisk plate, en av omtrent et dusin store plater som utgjør sprø ytre lag av planeten vår og passer sammen som biter av et puslespill. Tektoniske plater beveger seg rundt som gigantiske, slow-motion støtfangerbiler, bygger fjellkjeder når de kolliderer, rister planeten med jordskjelv når de glir og bryter, og gradvis omorganiserer verdenskartet.Forskere har studert havplater i stor detalj nær de skiftende grensene mellom platene, og nær unike egenskaper som Hawai ‘ ian-øyene. Men vi vet egentlig ikke hva en «normal» havplate ser ut. Du kan tenke på det på denne måten: Tenk deg at moderne medisin visste alt som er å vite om sjeldne genetiske sykdommer, men ingen kunne være enige om gjennomsnittstemperaturen til en sunn menneskekropp.
Det er mer eller mindre situasjonen med marine geofysikere og vanlige havplater—dermed skipet i midten av ingensteds. Dette Stedet I Stillehavet er like normalt som de kommer. Havbunnen her er ca 70 millioner år gammel. Det sitter langt fra komplikasjoner av plategrenser og vulkanske hotspots. Hvis vi ønsker å finne ut det grunnleggende om en oseanisk plate-hvordan en vanlig plate er laget og hvordan den endres over tid – er midt i ingensteds akkurat der vi vil være.
Lytting etter ekkoer
forskerne ombord Langseth kunne ikke se eller berøre den faste havbunnen langt under fartøyets skrog. Selv om de kunne komme ned til bunnen av havet, steinene vi er interessert i er miles lenger ned, dypt under havbunnen. Hvordan kan du studere noe så utilgjengelig? Ved å sende ned lydbølger og registrere ekkoene tilbake etter at lyden har reist gjennom undergrunnen. Tiden det tar for lyden å reise fra lydkilden til et havbunns seismometer som lytter på havbunnen, kan fortelle oss hva som er under overflaten – fordi lydens hastighet avhenger av sammensetningen og strukturen til materialet lydbølgen beveger seg gjennom, samt temperaturen og trykket som materialet er under.denne teknikken kalles aktiv seismologi-i motsetning til passiv seismologi, hvor jordskjelv gir en naturlig forekommende, men ukontrollert lydkilde. Det er ikke en perfekt teknikk. Men ved å lytte til ekkoene og etterklangene fra den intermitterende boblende våkne etter skipet, kan vi finne ledetråder igjen i bergarter som de smeltet, strømmet, avkjølt og sprakk over titalls millioner år. Og vi kan begynne å spore historien til et vanlig stykke havplate.forskerne på Langseth samlet data over en lapp av havbunnen omtrent 400-x-600 kvadratkilometer (250-x-375 kvadrat miles), måle hastigheten på lydbølger som reiser i forskjellige retninger. Dataene viser at lyden reiser rundt 0, 6 kilometer per sekund (2000 fot per sekund) raskere å gå øst og vest enn å gå nord og sør på dette nettstedet. Vi forventet å finne det, gi eller ta noen få prosent. Men dataene viser også noe annet: Hastigheten på lydbølgene som går øst og vest øker etter hvert som du går dypere inn i denne delen av havplaten, men nord–sør lydhastigheten forblir konstant. Hva kan dette fortelle oss om hvordan tektoniske plater dannes?
Smeltende og flytende
Havplater blir kontinuerlig smidd ved midthavsrygger, en undersjøisk fjellkjede opprettet der kantene på to plater skiller seg. Hvis du kunne sitte rett under en ås, ville du se bergarter Fra Jordens mantel—det varme laget som ligger under skorpen—smelter og perkolerer opp mot sømmen mellom De to platene. Den smeltede steinen avkjøles for å danne skorpen. Den nye skorpen trekkes sakte ut og bort fra ryggen når de to platene beveger seg fra hverandre, noe som gir plass til smeltet mantel.
den øvre delen av mantelen strømmer også lateralt sammen med den sprø skorpe, kjøling og styrking når den beveger seg bort fra åsen. Ikke misforstå – denne flytende øvre mantelen er fortsatt solid rock. Nøkkelen her er tid. For korte (menneskelige skala) mengder tid oppfører den øvre mantelen seg som en solid, men over millioner av år kan de varme greiene under åsen ose sammen med skorpen. Det er som silly putty: Hit det fort med en hammer og det knuser, men trykk den med hånden, sakte, og det bare saft. Platen som helhet er laget av skorpen pluss den solidflytende øverste mantelen. De beveger seg sammen som en stiv kropp, presset ut fra åsen over titalls millioner år.Mantelen som flyter på ryggen har en varig effekt: den justerer krystaller i bergarter i øvre mantelen slik at de peker i strømningsretningen. Den krystalljusteringen blir frosset inn i platen når den beveger seg bort fra varmen i åsen. Tenk deg hva som skjer hvis du slipper en lastebil med logger inn i en raskstrømmende elv. Loggene vil jostle og slå inn strømmen til de alle peker nedstrøms. Disse krystallene gjør det samme, bare i en mye langsommere form for strømning. Vi kaller denne justeringen av krystaller en » stoff.»Som vevd klut, har den noen retninger innebygd i den . det krystallstoffet er det som gjør at lydbølger reiser raskere øst og vest enn nord og sør på studiestedet i Stillehavet. Hvordan fungerer det? Tenk på en stokk som flyter i en elv. Det tar mindre kraft å dele en logg med kornet enn det gjør for å så mot kornet. Vi geofysikere sier at loggene er anisotropiske: loggens styrke er ikke (en) den samme (iso) hvis du slår (tropos) loggen til en annen orientering.
lydens hastighet er også anisotropisk: Lyden beveger seg raskere med, i stedet for mot, kornet. Når mantelstrømmen justerer krystaller i bergarter for å peke bort fra åsen, vil lyden som reiser i den retningen gjennom steinene bevege seg raskere. Dette anisotropiske krystallstoffet er en signatur av plateformasjon som vi har målt 70 millioner år senere, ute i Stillehavet.
Kjøling og sprekker
Men dette er ikke helt hele historien. Vi har også målt hvordan lydhastigheten endres på ulike dybder under havbunnen, og krystalljustering forklarer ikke hvorfor øst-vest lydbølger reiser raskere når de beveger seg gjennom bergarter dypere inn i platen. For å finne ut av dette må vi se forbi åsen og se hva som skjedde med platen vår mellom tiden den dannet og i dag.
platen starter varmt på mid-ocean ridge. Over tid absorberer det kalde sjøvannet på toppen den varmen, og platen stivner, tetter og kontrakterer. Små sprekker form. Du kan se lignende typer termisk sammentrekning på veier og fortau. Etter en hard vinter, sprekker dukker opp der fortauet krympet i kulden. I havplater har termiske sprekker en tendens til å danne parallelt med åsen.
disse justerte sprekkene skaper også anisotropi. Lydbølger som går parallelt med sprekker, påvirkes ikke av dem, men bølger som prøver å gå vinkelrett eller vinkel gjennom sprekkene, reduseres. De mikroskopiske sprekker som vi tror er i platenes øvre mantel, kan delvis avbryte anisotropien av krystallstoffet fra mantelstrømmen.
Men jo dypere vi går i tallerkenen vår, jo mer overliggende bergarter øker presset på steinene under dem, komprimerer sprekkene og klemmer dem stengt. Og det gir vår beste forklaring på våre observasjoner: På grunne dyp motvirker sprekkene krystallstoffet, men når trykket øker dypere ned, lukkes sprekkene og vi ser de fulle effektene av krystalljustering.
Lytte Til Jorden
det skjedde mye med denne vanlige havplaten over 70 millioner år. Vi har funnet spor av smelting, mantelstrøm, kjøling og sprø sprekker, alt avslørt ved å bruke ekkoet av lydbølger som passerer gjennom undergrunnen.Det er ganske bemerkelsesverdig at vi kan tyde historien om en tektonisk plate på dette nivået. I de tidlige dagene av platetektonisk teori gikk forskerne på jakt etter anisotropi for å gi bevis på at platen sprer seg i havet faktisk skjedde. Nå er våre målinger gode nok til å se utover det: Anisotropi koder for informasjon om platespredning og om andre prosesser som endrer platen millioner av år etter at krystallene først er justert på åsen.
Hva mer kan vi lære av anisotropi? Kan vi bruke den til å avsløre og kartlegge «strømmer» av stein som flyter I Jordens indre som vi kan for havstrømmer? Ikke helt ennå, men nye målinger gir opphav til en ny generasjon spørsmål, og når vi lytter nærmere til ekkoene som gir gjenlyd gjennom Jorden, kan vi kanskje høre noen av svarene om hvordan ansiktet på planeten vi kaller hjem har dannet og utviklet seg.denne forskningen ble finansiert Av National Science Foundation, EN Nsf Graduate Research Fellowship, J. Seward Johnson Fund, En Paul McDonald Fye Graduate Fellowship i Oseanografi, Og En Charles D. Hollister Graduate Student Fellowship.