لقد كانت الدراسة المكثفة لباطن الأرض موضوعًا رائعًا للعلماء والجيولوجيين لعقود من الزمن. نحن نعلم أن البراكين على كوكبنا تنشأ من قوة الصهارة التي تنشأ من الوشاح إلى السطح، لكن اللغز الحقيقي هو كيفية تشكلها بالضبط ولماذا تظهر في أماكن معينة.
أول خريطة ثلاثية الأبعاد لباطن الأرض
في الآونة الأخيرة، حقق العلماء علامة فارقة: لأول مرة، أ خريطة ثلاثية الأبعاد عرض تفصيلي لباطن الأرض باستخدام تحليل الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل. لقد فتح هذا نافذة على عالم مخفي تحت أقدامنا، موضحًا لنا كيف تتدفق الصهارة عبر الوشاح، وهي طبقة المواد شبه الصلبة الواقعة بين قشرة الأرض ونواتها.
وقد سمحت البيانات السيزموغرافية بنمذجة وشاح الأرض بطريقة لم يسبق لها مثيل، مما يدل على أن مسارات الصهارة ليست خطية. فبدلاً من الارتفاع مباشرة من الأعماق إلى السطح، تتبع الصهارة مسارات معقدة حول مناطق الصخور الكثيفة وغيرها من العوائق الجيولوجية. وهذا ما يفسر سبب ظهور البراكين في كثير من الأحيان في أماكن تبدو عشوائية.
وتكشف الخريطة ثلاثية الأبعاد بدقة عن تدفق الصهارة من انقطاع جوتنبرج. تلعب هذه الحدود، الواقعة بين اللب الخارجي والوشاح السفلي، دورًا حاسمًا في صعود الصهارة التي تغذي البراكين السطحية.
الأعمدة البركانية ومسار الصهارة
بدلاً من التفكير في ارتفاع الصهارة كخط مستقيم، تظهر الخريطة الجديدة أن الأعمدة البركانية إنهم يتخذون مسارات أكثر تعقيدًا. وتتكون هذه الأعمدة من تراكمات الصهارة التي تم تجميعها في أكياس عملاقة من الصخور الساخنة داخل الوشاح.
أظهرت التحليلات الحديثة أن الصهارة الموجودة في هذه الأعمدة أكثر سخونة، حيث تصل درجات الحرارة إلى العلوي 400 درجة مئوية لتلك الصخور المحيطة. يؤدي هذا الاختلاف في درجات الحرارة إلى البحث المستمر عن الطرق المؤدية إلى السطح. وتتفرع مسارات الصهارة، لتشبه النظام الجذري للشجرة، قبل أن تشق الصهارة طريقها إلى البراكين التي نراها في القشرة الأرضية.
ومع ذلك، لا تزال بعض الألغاز قائمة. فشلت الخريطة في ربط جميع أعمدة الصهارة ببراكين محددة. ومن الحالات البارزة هي حالة بركان يلوستونحيث لم يتمكن النموذج ثلاثي الأبعاد الحالي حتى الآن من تحديد علاقة واضحة بين مصدر الصهارة والنشاط البركاني المرصود.
دور الزلازل في رسم الخرائط الداخلية للأرض
تعمل الزلازل، على الرغم من تأثيرها المدمر على السطح، كأدوات مفيدة للغاية للجيولوجيين. عند حدوث زلزال، موجات زلزالية ينشرون معلومات حيوية حول البنية الداخلية للأرض.
وباستخدام أنظمة التصوير المقطعي الزلزالي، التي تعمل بشكل مشابه للأشعة المقطعية المستخدمة في المستشفيات، تمكن العلماء من رسم خريطة لباطن الأرض بدقة غير مسبوقة. هو مشروع كويستويعد المشروع، المدعوم من الاتحاد الأوروبي، أحد المشاريع الرئيسية في هذا المجال، حيث يستخدم أجهزة قياس الزلازل الموضوعة بشكل استراتيجي حول العالم لتسجيل هذه الموجات وإنشاء صورة واضحة لغطاء الأرض.
أثناء الزلازل الكبيرة، مثل زلزال تشيلي عام 2010 أو زلزال اليابان عام 2011، تم توليد ما يكفي من الموجات الزلزالية لتوفير ثروة من البيانات التي سمحت للعلماء بضبط نماذجهم ثلاثية الأبعاد. لا تُظهر هذه النماذج بنية الأرض فحسب، بل تساعد أيضًا في اكتشاف رواسب الصهارة ومناطق الاندساس والصفائح التكتونية.
ال الموجات الزلزالية الاصطناعية إنها تلعب دورًا حاسمًا في المحاكاة والتعديل المستمر لهذه الخرائط. ويتم توليد هذه الموجات من نماذج رياضية تعكس حركة زلزالية فعلية، مما يسمح للباحثين بمقارنة النتائج بالأحداث الزلزالية المعروفة لتحسين دقة الخريطة.
طبقات الأرض: نموذج عالي التحديث
إن التقدم في تكنولوجيا الحوسبة الفائقة، إلى جانب النماذج الزلزالية الأكثر دقة، سمح للعلماء برسم خريطة للطبقات الداخلية للأرض بدقة غير مسبوقة. تتكون الأرض من عدة طبقات: كسا بقشرة، و مانتو، و نواة خارجية و النواة الداخلية.
La القشرة الارضية وهي المكان الذي نعيش فيه، وهي أنحف طبقة على كوكب الأرض ويتراوح سمكها بين 5 و70 كيلومترا. تحت القشرة، مانتو ويمتد إلى عمق حوالي 2.900 كيلومتر. تحت العباءة، نواة خارجية وهي مكونة من الحديد الزهر وتحيط بالقلب الداخلي وهو عبارة عن كرة صلبة من الحديد النقي.
وبفضل الموجات الزلزالية، يمكن دراسة هذه الطبقات بدقة وفهم أن الصهارة التي تؤدي إلى ظهور البراكين لها أصل في الوشاح، في جزئها الأقرب إلى النواة الخارجية. وترتفع هذه الصهارة ببطء نحو القشرة، وتتراكم في غرف تحت الأرض قبل أن تثور إلى السطح.
التقدم في الحوسبة الفائقة في البحوث الجيولوجية
في السنوات الأخيرة، أحدث استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة ثورة في الطريقة التي نفهم بها باطن الأرض. معدات قوية مثل الكمبيوتر العملاق عملاق، من جامعة برينستون، كان لهما دور فعال في تحسين النماذج العالمية للموجات الزلزالية.
العمل بقيادة جيروين ترومب وكان فريقه رائدًا في استخدام عمليات المحاكاة الزلزالية ثلاثية الأبعاد، والتي لا ترسم خريطة للصفائح التكتونية والنقاط الساخنة فحسب، بل توفر أيضًا معلومات مفصلة حول سيولة عباءة. قام الفريق بتطوير تقنيات مبتكرة مثل الانقلابات متباين الخواص، والتي تتيح لنا التقاط الاتجاهات المختلفة وتدفق الصهارة داخل الوشاح بشكل أفضل.
ليس لهذه التطورات آثار على الفهم العلمي فحسب، بل يمكن أن تساعد أيضًا في التنبؤ بالانفجارات البركانية والزلازل بشكل أكثر دقة، مما ينقذ الأرواح في هذه العملية.
يستمر تطوير هذه النماذج ثلاثية الأبعاد. مع كل زلزال مسجل وكل تحسن في تكنولوجيا الحوسبة، يقترب العلماء من فهم المزيد من التفاصيل حول ديناميكيات باطن الأرض والعمليات التي تسبب الكوارث الطبيعية على السطح.