1994-ben óriási földrengés rázta meg Bolíviát: a Richter-skálán 8.2-es besorolást kapott, ami a második legerősebb mélyről induló földrengés volt, mióta a szeizmológia kifinomultan működik, és képesek vagyunk mérni az erősséget. Ez a földrengés segített a Princeton Egyetemnek abban, hogy azonosítsák: a Föld mélyén, a felső és alsó köpeny határán olyan óriási hegyvonulatok húzódhatnak, amelyek akár a földfelszíni hegyeknél is magasabbak és meredekebbek lehetnek.

A REJTÉLYES ÁTMENETI ZÓNA

Ahhoz, hogy megértsük, ez hogyan lehetséges, ismernünk kell a Föld szerkezetének mélyebb felbontását, és a vele kapcsolatos elméleteket is. Az iskolában tanult rétegek már csak nagyon nagy vonalakban állják meg a helyüket: a szeizmológusok és geológusok már régóta tudják, hogy a köpeny nem egy homogén sáv, hanem felbontható az alsó és felső köpenyre. A kettő között egy jobb név híján átmeneti zónának nevezett sáv található, nagyjából 410-660 kilométer mélyen.

Lassan egyre többet tudunk meg a Föld mélyéről is – fotó: iStock

A Föld köpenye egy közel 2900 km vastag szilárd halmazállapotú réteg, mely a bolygó vasban gazdag magját burkolja be. A Föld térfogatának 82%-át, tömegének pedig 68%-át adja, noha átlagsűrűsége csak feleannyi, mint a magé. A köpeny alapvetően szilárd, de olyan magas a hőmérséklete, hogy gyakorlatilag nagyon lassan mozgó folyadékként viselkedik. Az anyag vándorlását hatalmas áramlatok irányítják, melyek előbb felfelé, a kéreg irányába terelik a matériát, ahol az lehűlhet. Később az anyag ismét megindul a mély felé, ezzel pedig egyre közelebb kerül a mag határához.

Kutatók egyelőre nem tudnak egyértelműen megegyezni abban, hogy az alsó és a felső köpeny kémiai szempontból homogén-e, de egyre több jel utal rá, hogy egyáltalán nem – többek között a princetoni kutatás is részben ezt igazolja. Eddig úgy próbálták meg megállapítani, mennyi a különbség a két réteget alkotó anyagokban, hogy hogyan vezetik a hőt: vajon a köpeny alsó területeiről mindenféle elakadás nélkül áramolnak felfelé a kőanyagok, vagy

az átmeneti zónában valami megakasztja őket, és innen máshogy mozognak. 

Néhány geokémiai és ásványtani bizonyíték arra utal, hogy a két réteg között igenis van különbség kémiailag, más megfigyelések viszont arra mutattak rá, hogy nincs közöttük különbség, a köpeny jól keveredik, mindenféle megakadás nélkül. A princetoni kutatás eredményei rávilágítottak, hogy miért jött ki ez a vegyes eredmény a korábbi vizsgálatok esetében.

ÓRIÁSI HEGYVONULATOK A FÖLD MÉLYÉN

Az egyetem kutatói a Kínai Geodéziai és Geofizikai Intézettel együttműködve a szeizmikus hullámok alapján vizsgálták a köpenyt: ezek mintegy átvilágítják a Földet. Az anyag hirtelen halmazállapot-, szerkezet, sűrűségváltozási felületein sebességük és irányuk megváltozik, részben visszaverődnek.

Egy nagy, mélyről jövő földrengés az egész bolygót megrengeti, és nem hal el a kéregben, hanem tovább terjed a köpenybe is. A nagy földrengések aránytalanul erősebbek, mint a kicsik, a Richter-skálán minden egyes feljebb lépés harmincszoros energianövekedést jelent. Az óriási bolíviai földrengés adatainak vizsgálata után rájöttek, hogy az átmeneti öv környékén máshogy verődtek vissza a hullámok: volt, amelyek hamarabb és más irányban érkeztek vissza, mint mások.

Nagyjából így kell elképzelni az átmeneti zónát (az illusztráció nem méretarányos) – kép: Kyle McKernan, Office of Communications

A mintából hamar kirajzolódott egy óriási hegyvonulat alakja, amely akár nagyobb hegyeket is jelenthet, mint amilyeneket a Föld felszínén ismerünk. A modell nem adott lehetőséget precíz mérésekre, de az arányokat azért lehet belőle sejteni. Ráadásul, ahogy a felszínen is, úgy az átmeneti övben is vannak simább, egyenletesebb területek, és magas hegyvonulatok is.

Ez a felfedezés igazolja azt, hogy korábban az átmeneti zónáról alkotott elméletek mindegyike helyes volt: van, ahol a hő- és kőzetáramlás problémamentes, hiszen itt sima az alsó és felső köpeny közötti átjárás, nincsenek feltorlódott kőzethegyek. Van viszont, ahol nehezebben mozog a folyadékként viselkedő, forró kőzettenger, mert óriási hegyekbe ütközik.

A felfedezés nemcsak a Föld jobb megismerését segíti elő, hanem hozzájárulhat ahhoz is, hogy jobban megértsük a kontinensek mozgásának következményeit.