Wnętrze Ziemi stoi dla nas otworem. Nowa metoda badania litosfery

Kalifornijski Instytut Technologiczny znany powszechnie jako Caltech kojarzyć może się głównie z działaniami na rzecz badania i eksploracji kosmosu. Nic dziwnego, w końcu to oni zarządzają Jet Propulsion Laboratory, głównym ośrodkiem badawczym NASA, odpowiedzialnym za loty bezzałogowe Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej. Uczelnia, która w prestiżowych rankingach często jednym tchem wymieniania jest wśród MIT, Uniwersytetu Harvarda, Stamforda, czy Cambridge w rzeczywistości zajmuje się całym szeregiem nauk ścisłych.

Ostatnio udało im się osiągnąć kolejny kamień milowy badań głębokich struktur Ziemi. Opracowali metodę badania topografii nieciągłości Moho. W trakcie prac trwających przez dwa lata udało im się potwierdzić skuteczność metody Distributed Acoustic Sensing (DAS), wykorzystującej kable światłowodowe w celu rozproszonego wykrywania naprężeń.

Nowe metody badania głębokich struktur Ziemi

Badacze z Caltech opracowali nową metodę badania głębokich struktur Ziemi, koncentrując się na granicy między sztywną skorupą a leżącym pod nią płaszczem, znanej jako nieciągłością Mohorovičicia (lub Moho). Metoda, przypominająca w swoim działaniu ultrasonografię, pozwala na śledzenie odbicia fal sejsmicznych generowanych przez trzęsienia ziemi od powierzchni Moho, wykorzystując nowoczesną technologię zwaną rozproszonymi systemami wykrywania akustycznego (DAS).

Prace zespołu prowadzone były pod kierownictwem prof. Zhongwena Zhana i doktora Jamesa Atterholta z Caltech, a wyniki badań opublikowano w listopadowym wydaniu Science Advances. DAS, kluczowy element tych badań, to metoda umożliwiająca wykorzystanie światłowodów – zwykle używanych do przesyłu internetu – jako tymczasowych sejsmometrów. Laserowe impulsy wysyłane przez kable rejestrują zmiany w odbiciu światła wywołane drganiami podłoża, zarówno przez trzęsienia ziemi, jak i inne zjawiska, takie jak ruch uliczny. Technologia ta pozwala analizować wibracje na całej długości kabla, tworząc sieci odpowiadające setkom sejsmometrów.

Czytaj dalej poniżej

Miał być wielki test. Japończycy musieli przerwać start rakiety Jakub Szczęsny

Nowe odkrycie o krabach. Tego o nich nie wiedziałeś Patryk Łobaza

W ostatnich badaniach wspomniany zespół wykorzystał technologię DAS do obrazowania granicy Moho pod powierzchnią Ziemi. Granica ta, znajdująca się na głębokości od 20 do 70 kilometrów w zależności od miejsca badania, w Południowej Kalifornii leży na głębokości około 45 kilometrów. Tradycyjne metody badania nieciągłości Moho były kosztowne i mało dokładne, oferując rozdzielczość rzędu dziesiątek kilometrów. Dzięki DAS udało się uzyskać obrazy o rozdzielczości jednego kilometra, co znacząco poprawiło szczegółowość danych.

Badania prowadzone przez dwa lata przy użyciu światłowodu przebiegającego przez Pustynię Mojave pozwoliły na przełomowe odkrycia. Ustalono, że Garlock Fault – druga co do wielkości uskok w Południowej Kalifornii po San Andreas – sięga znacznie głębiej, wnikając aż w płaszcz Ziemi. Ponadto, deformacje granicy Moho zaobserwowano w rejonie wulkanicznym Coso Volcanic Field, co dostarczyło nowych informacji o podziemnym systemie geotermalnym tej okolicy.

Coso, choć ostatni raz wybuchł około 40 tysięcy lat temu, wciąż posiada aktywne źródła geotermalne. Analiza struktury głębokiej skorupy i płaszcza w takich miejscach może pomóc w lepszym zrozumieniu procesów geologicznych i potencjalnego wykorzystania energii geotermalnej.

Według doktora Atterholta, odpowiedzialnego za cały projekt, technologia DAS daje ogromne możliwości badawcze, ograniczone jedynie kreatywnością badaczy. Może być stosowana do analiz aktywnych regionów sejsmicznych na całym świecie, zarówno dobrze zbadanych, jak i tych, w których sieci sejsmiczne są rzadkością. Nowa metoda otwiera drzwi do dokładniejszych i bardziej dostępnych badań geologicznych na niespotykaną wcześniej skalę.

Dzięki zastosowaniu tej technologii naukowcy mogą lepiej rozumieć, jak głębokie procesy w litosferze wpływają na powierzchnię Ziemi, zmieniając nasze spojrzenie na geologię i dynamikę planety.