اكتشف علماء الجيوفيزياء وجود صلة بين الموجات الزلزالية التي تسمى سلائف PKB والشذوذات في عباءة الأرض.

كشفت دراسة جديدة أن الإشارات الزلزالية السابقة لـ PKB والتي حيرت العلماء لسنوات تأتي من مناطق منخفضة السرعة للغاية أسفل أمريكا الشمالية وغرب المحيط الهادئ. وتربط النتائج التي توصل إليها باحثون من جامعة يوتا هذه المناطق بخصائص جيولوجية مهمة مثل البراكين الساخنة، وذلك باستخدام تقنيات زلزالية متقدمة لتتبع أصولها إلى حدود الوشاح المركزي.

سلائف PKP والأسرار الزلزالية

لعقود من الزمن منذ اكتشافها، شكلت الإشارات الزلزالية المعروفة باسم سلائف PKP تحديًا للعلماء. تعمل أجزاء من الوشاح السفلي للأرض على تشتيت الموجات الزلزالية الواردة، والتي تعود إلى السطح على شكل موجات PKP بسرعات مختلفة.

أصل الإشارات الأولية التي تسبق الموجات الزلزالية الكبرى التي تنتقل عبر قلب الأرض غير واضح، لكن الأبحاث التي أجراها علماء الجيوفيزياء بجامعة يوتا تلقي ضوءًا جديدًا على هذه الطاقة الزلزالية الغامضة.

يبدو أن سلائف PKP تنتشر من أعماق أمريكا الشمالية وغرب المحيط الهادئ وترتبط بطبقات رقيقة من “المناطق عالية السرعة المنخفضة” حيث تتباطأ الموجات الزلزالية بشكل ملحوظ، وفقًا لبحث نُشر في 10 أغسطس. تقدم جامعة الخليج العربيالمجلة الرئيسية للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي.

ربط أسلاف PKP بالميزات الجغرافية

وقال المؤلف الرئيسي مايكل ثورن، الأستاذ المشارك في الجيولوجيا والجيوفيزياء في جامعة كاليفورنيا: “هذه هي السمات الأكثر كثافة التي تم اكتشافها على الإطلاق على هذا الكوكب. نحن لا نعرف بشكل شرعي ما هي”. يبدو أنها أصل أعمدة الوشاح بأكملها التي تشكل براكين النقاط الساخنة.”

هذه الديدان هي المسؤولة عن البراكين الموجودة في يلوستون وجزر هاواي وساموا وأيسلندا وجزر غالاباغوس.

وقال ثورن: “هذه البراكين الكبيرة حقًا تستمر في نفس المكان تقريبًا لمئات الملايين من السنين”. وفي أعمال سابقة، اكتشف أيضًا واحدة من أكبر مناطق السرعة المنخفضة جدًا المعروفة في العالم.

وأشار ثورن إلى أنه “يقع تحت جزيرة ساموا، وتمتلك ساموا أحد أكبر البراكين الساخنة”.

التقدم في تحليل الموجات الزلزالية

منذ ما يقرب من قرن من الزمان، استخدم الجيولوجيون الموجات الزلزالية لاستكشاف باطن الأرض، مما أدى إلى العديد من الاكتشافات غير المتوقعة. على سبيل المثال، قام باحثون آخرون في جامعة يوتا بوصف بنية اللب الداخلي الصلب للأرض وتتبعوا حركتها من خلال تحليل الموجات الزلزالية.

عندما يهز زلزال سطح الأرض، تنطلق الموجات الزلزالية عبر الوشاح، وهي الطبقة الديناميكية التي يبلغ سمكها 2900 كيلومتر من الصخور الساخنة الواقعة بين قشرة الأرض والقلب المعدني. يهتم فريق ثورن بالحصول على “التشتت” عند المرور عبر السمات غير المنتظمة التي تسبب تغيرات في تركيب المواد في الوشاح. بعض تلك الموجات المتناثرة تصبح سلائف PKP.

سعى ثورن إلى تحديد مكان حدوث هذا التشتت بدقة، وذلك لأن الموجات تنتقل عبر عباءة الأرض مرتين، قبل وبعد المرور عبر اللب الخارجي السائل للأرض. وبسبب تلك الرحلة المزدوجة عبر الوشاح، يكاد يكون من المستحيل التمييز بين ما إذا كانت الأسلاف تنشأ من جانب المصدر أو جانب المستقبل من مسار الشعاع.

تقنيات البحث المبتكرة في علم الزلازل

ابتكر فريق ثورن، الذي ضم الأستاذ المساعد للأبحاث سوريا باتشي، طريقة لنمذجة الأشكال الموجية لاكتشاف التأثيرات المهمة التي تم التغاضي عنها سابقًا.

وباستخدام ملاحظات نظرية جديدة من أحدث تقنيات تسلسل الزلازل ومحاكاة الزلازل، قام الباحثون بتحليل بيانات من 58 زلزالًا وقعت حول غينيا الجديدة وتم تسجيلها في جميع أنحاء الكوكب في أمريكا الشمالية.

وقال ثورن: “يمكنني وضع أجهزة استقبال افتراضية في أي مكان على سطح الأرض، وهي تخبرني كيف يجب أن يبدو مخطط الزلازل الناتج عن الزلزال في ذلك الموقع. ويمكننا مقارنة ذلك بالسجلات الفعلية التي لدينا”.

وقد سمحت لهم طريقتهم الجديدة بتحديد مكان حدوث التشتت عند الحد الفاصل بين اللب الخارجي المعدني السائل والوشاح، المعروف باسم حدود اللب والوشاح، والذي يقع على عمق 2900 كيلومتر تحت سطح الأرض.

التفاعلات الأساسية للوشاح و ULVZs

تشير النتائج التي توصلوا إليها إلى أن سلائف PKP قد تأتي من مناطق تضم مناطق ذات سرعة منخفضة للغاية. ويظن ثورن أن هذه الطبقات، التي يتراوح سمكها بين 20 إلى 40 كيلومترًا، تتشكل عن طريق اندساس الصفائح التكتونية عند الحدود الأساسية للوشاح في القشرة المحيطية.

وقال ثورن: “ما اكتشفناه الآن هو أن هذه المناطق ذات السرعة المنخفضة للغاية ليست أقل مباشرة من النقاط الساخنة. إنها تمتد عبر حدود الوشاح الأساسي أسفل أمريكا الشمالية”. “يبدو حقًا أن هذه المناطق ULVZ تتشكل بشكل نشط. لا نعرف كيف. ولكن لأننا نراها بالقرب من القاع، فإننا نعتقد البازلت البحر الأبيض المتوسط يذوب وكيف يتشكل. ثم تدفع الديناميكيات هذه الأشياء عبر الأرض، وتتراكم في النهاية تحت النقاط الساخنة.

تدفع الديناميكيات هذه الأجسام عبر الأرض، وفي النهاية، تتراكم على حدود المقاطعات الكبيرة ذات السرعة المنخفضة، والتي تعد سمات مميزة على مستوى القارة تحت المحيط الهادئ وأفريقيا، وفقًا لثورن.

وقال: “قد تتراكم بالإضافة إلى ذلك تحت النقاط الساخنة، ولكن ليس من الواضح ما إذا كانت هذه المناطق ذات الحجم المنخفض للغاية قد تشكلت بنفس العملية”. تحديد عواقب مثل هذه العملية يجب أن ينتظر البحث المستقبلي.

المرجع: “استكشاف مناطق السرعة المنخفضة للغاية كمصادر لتبديد PKP تحت أمريكا الشمالية وغرب المحيط الهادئ: مايكل س. ثورن، سوريا باشاي، مينجمينج لي، جيمي وارد، وسيباستيان روست، الاتصالات المحتملة بالقشرة البحرية في عام 2024، بقلم سيباستيان روست، وسيباستيان روست، وسيباستيان روست. تقدم جامعة الخليج العربي.
دوى: 10.1029/2024AV001265

تم إجراء البحث، بتمويل من المؤسسة الوطنية للعلوم، بالتعاون مع علماء الجيولوجيا من جامعة ولاية أريزونا وجامعة ليدز في إنجلترا.