سالها تصور میشد زلزلهها تنها در پوسته زمین و در نزدیکی گسلها رخ میدهند، اما پژوهشگران دانشگاه یوتا با بررسی دوباره دادههای لرزهنگاری، شواهدی از زلزله عمیق در گوشته زمین ارائه کردهاند که این دیدگاه را به چالش میکشد. آنها تأیید کردهاند زلزلهای که در سال ۱۹۷۹ در ایالت یوتا ثبت شده بود، در عمقی نزدیک به ۹۰ کیلومتر و در بخشی از گوشته بالایی رخ داده است؛ منطقهای که تاکنون برای وقوع زمینلرزه مناسب تصور نمیشد. این کشف نهتنها شناخت دانشمندان از ساختار داخلی زمین و رفتار سنگها در اعماق را دگرگون میکند، بلکه پرسشهای تازهای درباره منشأ زلزلهها و فرآیندهای درونی سیاره مطرح میسازد.
زلزله عمیق در گوشته زمین چیست و چرا اهمیت دارد؟
زلزله عمیق در گوشته زمین به زمینلرزهای گفته میشود که برخلاف زلزلههای معمول، در اعماق گوشته بالایی و نه در پوسته زمین رخ میدهد. وقوع این نوع زلزله بسیار نادر است، زیرا در چنین عمقی دما و فشار آنقدر زیاد است که انتظار میرود سنگها بهجای شکست ناگهانی، بهآرامی تغییر شکل دهند. با این حال، پژوهشگران دانشگاه یوتا با بازبینی دادههای لرزهنگاری چند دهه گذشته، وجود این پدیده را تأیید کردهاند.
این کشف نشان میدهد برخی زمینلرزهها میتوانند در شرایطی رخ دهند که تاکنون برای وقوع زلزله مناسب تصور نمیشد. تأیید زلزلهای در عمق حدود ۹۰ کیلومتری زیر ایالت یوتا، پرسشهای تازهای درباره رفتار سنگها در اعماق زمین و سازوکار شکلگیری زلزلهها مطرح کرده است.
اهمیت این یافته تنها به شناسایی یک نوع جدید از زمینلرزه محدود نمیشود؛ بلکه میتواند درک دانشمندان از ساختار داخلی زمین و فرآیندهای فعال در گوشته را متحول کند. این پژوهش نمونهای از نقش علومپایه، بهویژه زمینشناسی، ژئوفیزیک، فیزیک و مدلسازی ریاضی، در کشف ناشناختههای سیاره زمین است؛ رویکردی که با اهداف «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» در حمایت از پژوهشهای نوآورانه نیز همسو است.
چرا وقوع زلزله عمیق در عمق ۹۰ کیلومتری دانشمندان را شگفتزده کرد؟
وقوع زلزله عمیق در عمق حدود ۹۰ کیلومتری دانشمندان را شگفتزده کرد، زیرا تصور میشد در چنین عمقی، دما و فشار آنقدر زیاد است که سنگهای گوشته بهجای شکست ناگهانی، بهآرامی تغییر شکل میدهند. به همین دلیل، زمینشناسان سالها معتقد بودند وقوع زلزله در این بخش از گوشته زمین تقریباً غیرممکن است.
با این حال، بامداد ۲۴ فوریه ۱۹۷۹، زمینلرزهای با بزرگای ۳.۸ در نزدیکی شهر راندولف در ایالت یوتا ثبت شد. اگرچه این زمینلرزه توسط ساکنان منطقه احساس نشد، اما بررسی دادههای لرزهنگاری نشان داد کانون آن در عمقی حدود ۹۰ کیلومتر و در گوشته بالایی قرار داشته است.
این یافته با نظریههای رایج زمینشناسی سازگار نبود و سالها مورد تردید قرار داشت. اما بازبینی دادههای لرزهای با استفاده از روشهای نوین، در نهایت نشان داد این زلزله واقعاً در اعماق گوشته رخ داده است؛ کشفی که شواهد تازهای از وجود زلزلههای عمیق قارهای در اختیار دانشمندان قرار داد.
چگونه بازبینی دادههای قدیمی، زلزله عمیق یوتا را تأیید کرد؟
بازبینی دادههای لرزهنگاری ثبتشده در سال ۱۹۷۹ نشان داد زلزله عمیق یوتا واقعاً در اعماق گوشته زمین رخ داده است. پژوهشگران با استفاده از روشهای نوین تحلیل داده، نتایجی را تأیید کردند که دههها پیش به دلیل ناسازگاری با نظریههای رایج زمینشناسی مورد تردید قرار گرفته بود. در زمان وقوع این زمینلرزه، جورج زانت، پژوهشگر پسادکتری دانشگاه یوتا، با بررسی زمان رسیدن امواج لرزهای به این نتیجه رسید که کانون زلزله بسیار عمیقتر از حد انتظار است. او یافتههای خود را در نشریه Earthquake Notes منتشر کرد، اما این پژوهش توجه چندانی جلب نکرد.
بیش از چهار دهه بعد، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی کیت کوپر با بهرهگیری از آرشیو کامل دادههای لرزهنگاری دانشگاه یوتا، زلزله سال ۱۹۷۹ و هشت زمینلرزه مشکوک دیگر را دوباره بررسی کردند. نتایج نشان داد هر ۹ زمینلرزه در اعماقی پایینتر از پوسته زمین رخ دادهاند و شواهد محکمی از وجود زلزلههای گوشتهای قارهای (Continental Mantle Earthquakes) ارائه میکنند.
زلزلههای گوشتهای قارهای چگونه با زلزلههای معمولی تفاوت دارند؟
مهمترین تفاوت زلزلههای گوشتهای قارهای با زلزلههای معمولی، محل وقوع و شرایط شکلگیری آنهاست. این زمینلرزهها نه در پوسته زمین، بلکه در اعماق گوشته بالایی رخ میدهند؛ جایی که دما، فشار و رفتار سنگها با آنچه در زلزلههای رایج مشاهده میشود، تفاوت اساسی دارد.
در اعماق حدود ۷۰ تا ۹۰ کیلومتری، دمای سنگها معمولاً از ۷۰۰ درجه سانتیگراد فراتر میرود. در چنین شرایطی، بیشتر سنگها طی میلیونها سال رفتاری شبیه مواد خمیری پیدا میکنند و بهآرامی تغییر شکل میدهند. به همین دلیل، زمینشناسان تصور میکردند ایجاد شکست ناگهانی و آزاد شدن انرژی لرزهای در این محیط تقریباً غیرممکن است.
با این حال، بررسیهای جدید نشان میدهد در برخی شرایط، تنشهای ایجادشده در گوشته میتوانند آنقدر افزایش یابند که حتی در این محیط داغ نیز شکست موضعی سنگها رخ دهد و زلزله ایجاد شود. این دستاورد بار دیگر نشان میدهد که پیشرفت در علومپایه میتواند زمینهساز کشف پدیدههای ناشناخته باشد؛ مسیری که «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» نیز با حمایت از ایدهها و پژوهشهای نوآورانه در پی تقویت آن است.
کراتون وایومینگ چه نقشی در ایجاد زلزلههای عمیق دارد؟
پژوهشگران معتقدند کراتون وایومینگ با تغییر مسیر جریان مواد داغ گوشته، نقش مهمی در شکلگیری زلزلههای عمیق این منطقه دارد. به همین دلیل، بسیاری از این زمینلرزههای غیرمعمول در شمال یوتا و جنوبغربی وایومینگ، در حاشیه این ساختار زمینشناسی رخ میدهند.
کراتونها بخشهایی بسیار قدیمی و پایدار از لیتوسفر زمین هستند که قدمت برخی از آنها به میلیاردها سال میرسد. این ساختارها مانند ریشهای عمیق درون گوشته امتداد دارند و از سنگهایی بسیار سخت و مقاوم تشکیل شدهاند. کیت کوپر، استاد زمینشناسی دانشگاه یوتا، کراتون را به یک کوه یخ تشبیه میکند؛ همانگونه که بخش بزرگی از کوه یخ در زیر آب قرار دارد، کراتون نیز در اعماق گوشته امتداد پیدا میکند.
پژوهشگران معتقدند مواد داغ گوشته در مقیاس میلیونها سال به اطراف این ریشه سخت جریان پیدا میکنند. تغییر مسیر این جریان باعث افزایش تنش و تغییر شکل سنگها در حاشیه کراتون میشود. به نظر میرسد همین تمرکز تنش، شرایط لازم را برای وقوع زلزلههای گوشتهای فراهم میکند. به بیان دیگر، این زلزلهها تنها حاصل شکست سنگها نیستند، بلکه نتیجه برهمکنش میان ساختارهای بسیار قدیمی زمین و جریان آرام مواد در گوشته به شمار میروند. این یافته میتواند درک دانشمندان از پویایی درونی سیاره را به شکل قابل توجهی تغییر دهد.
چرا زلزلههای گوشتهای پیشلرزه و پسلرزه ندارند؟
یکی دیگر از ویژگیهای جالب این زمینلرزهها، تفاوت سازوکار شکلگیری آنها آنها با زلزلههای معمولی است. بیشتر زمینلرزههای پوستهای با مجموعهای از پیشلرزهها و پسلرزهها همراه هستند، زیرا شکست یک بخش از گسل، تنش را به بخشهای مجاور منتقل میکند.
اما پژوهشگران دریافتند زلزلههای گوشتهای معمولاً بهصورت منفرد رخ میدهند و نشانهای از توالی رایج لرزهای در آنها دیده نمیشود. این موضوع نشان میدهد سازوکار ایجاد این زمینلرزهها احتمالاً با فرآیندهای شناختهشده در پوسته زمین تفاوت اساسی دارد.
همچنین هنوز مشخص نیست این نوع زلزلهها تا چه اندازه میتوانند بزرگ شوند. در زلزلههای معمولی، طول و هندسه گسلها به دانشمندان کمک میکند حداکثر بزرگی احتمالی را برآورد کنند، اما در اعماق گوشته چنین اطلاعات مستقیمی در دسترس نیست. به همین دلیل، پژوهش درباره این پدیده همچنان یکی از موضوعات مهم زمینلرزهشناسی محسوب میشود.
مقایسه زلزلههای معمولی و زلزلههای گوشتهای قارهای
| ویژگی | زلزلههای معمولی | زلزلههای گوشتهای قارهای |
| محل وقوع | پوسته زمین | گوشته بالایی |
| عمق | معمولاً کمتر از ۴۰ کیلومتر | حدود ۷۰ تا ۹۰ کیلومتر |
| دمای محیط | دمای نسبتاً پایینتر | بیش از ۷۰۰ درجه سانتیگراد |
| رفتار سنگها | رفتار شکننده و شکست ناگهانی | تغییرشکل تدریجی و عمدتاً خمیری |
| پیشلرزه و پسلرزه | معمولاً مشاهده میشود | اغلب مشاهده نمیشود |
| میزان شناخت علمی | بهخوبی شناخته شده | هنوز در حال پژوهش |
کشف زلزلههای عمیق در گوشته زمین چه تأثیری بر آینده زمینشناسی دارد؟
تأیید وجود زلزلههای گوشتهای قارهای تنها به معنای شناسایی نوع جدیدی از زمینلرزه نیست، بلکه میتواند بسیاری از مدلهای رایج درباره ساختار داخلی زمین را نیز بازنگری کند.
اگر سنگهای گوشته در برخی شرایط قادر به شکست ناگهانی باشند، لازم است پژوهشگران رفتار مکانیکی این سنگها را با دقت بیشتری بررسی کنند. این موضوع نهتنها در زمینشناسی، بلکه در ژئوفیزیک، مدلسازی رایانهای، فیزیک مواد و علوم محاسباتی نیز اهمیت زیادی دارد.
علاوه بر این، مطالعه چنین پدیدههایی میتواند به توسعه مدلهای دقیقتر از جریان مواد در گوشته، تکامل قارهها و حتی منشأ برخی فعالیتهای زمینساختی کمک کند. هرچه شناخت دانشمندان از اعماق زمین بیشتر شود، درک ما از تاریخچه شکلگیری سیاره و فرآیندهای درونی آن نیز کاملتر خواهد شد.
جمعبندی نهایی؛ زلزله عمیق یوتا که نگاه دانشمندان به اعماق زمین را تغییر داد
تأیید زلزله عمیق سال ۱۹۷۹ در یوتا نشان میدهد هنوز بخشهای ناشناخته بسیاری در ساختار داخلی زمین وجود دارد. پژوهشگران اکنون شواهد محکمی در اختیار دارند که ثابت میکند زلزله میتواند در شرایطی رخ دهد که پیشتر از نظر علمی برای وقوع آن مناسب تلقی نمیشد.
اهمیت این کشف تنها به ثبت یک زمینلرزه غیرمعمول محدود نمیشود، بلکه میتواند آغازگر فصل تازهای در مطالعه رفتار سنگهای گوشته، منشأ تنشهای عمیق و سازوکار شکلگیری زمینلرزهها باشد. همچنین این یافته نشان میدهد بازنگری دادههای قدیمی با استفاده از فناوریهای نوین میتواند به کشف پدیدههایی منجر شود که سالها از نگاه پژوهشگران پنهان ماندهاند.
پژوهشهایی از این دست نشان میدهند که بسیاری از پیشرفتهای بزرگ علمی از دل تحقیقات علومپایه آغاز میشوند. «جشنواره اندیشمندان و دانشمندان جوان» نیز با حمایت از پژوهشگران، ایدههای نوآورانه و طرحهای علمی، بستری برای شکلگیری دستاوردهای اثرگذار و گسترش مرزهای دانش فراهم میکند.
منبع: Science Daily
