Σεισμοί χωρίς δονήσεις: Το αόρατο φαινόμενο κάτω από τα πόδια μας που κατέγραψαν ερευνητές σε ένα παγκόσμιο χάρτη

Ερευνητές του Stanford παρουσίασαν τον πρώτο παγκόσμιο χάρτη ενός σπάνιου τύπου σεισμών που δεν συμβαίνουν στον φλοιό της Γης, αλλά στον μανδύα — το στρώμα ανάμεσα στον φλοιό και τον πυρήνα του πλανήτη. Ο νέος αυτός χάρτης αναμένεται να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν βαθύτερα τους μηχανισμούς των σεισμών του μανδύα και, κατ’ επέκταση, τα αίτια όλων των σεισμικών φαινομένων.

Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science, οι σεισμοί του ηπειρωτικού μανδύα εντοπίζονται σε διάφορες περιοχές του κόσμου, με μεγαλύτερη συγκέντρωση στα Ιμαλάια και στο στενό του Μπέρινγκ, μεταξύ Ασίας και Βόρειας Αμερικής.

Η ανάλυση αυτών των βαθιών σεισμών προσφέρει κρίσιμες πληροφορίες για τα όρια μεταξύ φλοιού και μανδύα, αλλά και για τη συμπεριφορά του ανώτερου μανδύα, από όπου προέρχεται το μάγμα που κινεί τις τεκτονικές πλάκες.

«Μέχρι αυτή τη μελέτη, δεν είχαμε σαφή παγκόσμια εικόνα για το πόσοι σεισμοί του ηπειρωτικού μανδύα συμβαίνουν και πού», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Σίκι (Άξελ) Γουάνγκ, πρώην διδακτορικός φοιτητής του καθηγητή γεωφυσικής Σάιμον Κλέμπερερ στη Σχολή Βιωσιμότητας Doerr του Stanford. «Με αυτό το νέο σύνολο δεδομένων μπορούμε να αρχίσουμε να διερευνούμε τους τρόπους με τους οποίους ξεκινούν αυτοί οι σπάνιοι σεισμοί».

Οι σεισμοί του ηπειρωτικού μανδύα είναι πολύ βαθιοί για να προκαλέσουν αισθητές δονήσεις στην επιφάνεια της Γης. Ωστόσο, η μελέτη τους μπορεί να ενισχύσει την κατανόηση των μηχανισμών που προκαλούν τους πιο συχνούς, ρηχούς σεισμούς.

Όπως σημείωσε ο Κλέμπερερ, «αν και γνωρίζουμε ότι οι σεισμοί συμβαίνουν όταν απελευθερώνεται τάση σε ρήγματα, οι ακριβείς μηχανισμοί παραμένουν ασαφείς». Οι σεισμοί του μανδύα, πρόσθεσε, προσφέρουν έναν νέο τρόπο μελέτης της εσωτερικής δομής της Γης πέρα από τους συνήθεις σεισμούς του φλοιού.

Πάνω και κάτω από το όριο Moho

Σε αντίθεση με τον ψυχρό και εύθραυστο φλοιό, ο μανδύας είναι μια θερμή, ημιστερεή ζώνη πυκνών πετρωμάτων πάχους περίπου 2.900 χιλιομέτρων, που αποτελεί το μεγαλύτερο τμήμα του εσωτερικού της Γης. Το όριο ανάμεσα σε φλοιό και μανδύα ονομάζεται ασυνέχεια Μοχορόβιτσιτς ή «Moho».

Για δεκαετίες, οι σεισμολόγοι διαφωνούσαν για το αν ο ιξώδης μανδύας μπορεί να υποστηρίξει σημαντική σεισμική δραστηριότητα. Οι περισσότεροι ηπειρωτικοί σεισμοί προέρχονται από βάθη 10 έως 30 χιλιομέτρων, δηλαδή πάνω από το Moho και εντός του φλοιού.

Εξαιρέσεις αποτελούν οι ζώνες καταβύθισης, όπου οι ωκεάνιες πλάκες βυθίζονται κάτω από τις ηπειρωτικές, προκαλώντας σεισμούς σε βάθη εκατοντάδων χιλιομέτρων. Παράλληλα, αισθητήρες έχουν καταγράψει σεισμικά κέντρα ακόμη και 80 χιλιόμετρα κάτω από το Moho, μακριά από τέτοιες ζώνες.

Τα τελευταία χρόνια, η επιστημονική κοινότητα αποδέχεται ότι σπάνιοι σεισμοί προέρχονται πράγματι από τον μανδύα, αν και περίπου εκατό φορές λιγότερο συχνά από τους σεισμούς του φλοιού. Η ταυτοποίησή τους όμως παραμένει δύσκολη λόγω περιορισμένων δεδομένων.

Για να διακρίνουν τους σεισμούς του μανδύα από εκείνους του φλοιού, οι Γουάνγκ και Κλέμπερερ ανέπτυξαν μια μέθοδο σύγκρισης δύο τύπων σεισμικών κυμάτων. Αυτά τα κύματα, που διαδίδονται σε όλο τον πλανήτη, λειτουργούν σαν οι δονήσεις μιας καμπάνας.

Οι δύο τύποι είναι τα κύματα Sn ή «lid», που κινούνται στην κορυφή του μανδύα, και τα κύματα Lg, τα οποία μεταδίδονται κυρίως μέσα από τον φλοιό. Ο λόγος του μεγέθους των δύο κυμάτων αποκαλύπτει το βάθος προέλευσης του σεισμού.

«Η προσέγγισή μας αλλάζει τα δεδομένα, γιατί πλέον μπορούμε να αναγνωρίσουμε έναν σεισμό του μανδύα μόνο από τα σεισμικά του σήματα», εξήγησε ο Γουάνγκ.

Σπάνια αλλά αποκαλυπτικά φαινόμενα

Αναλύοντας στοιχεία από σεισμολογικούς σταθμούς σε όλο τον κόσμο και λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως το πάχος του φλοιού, οι ερευνητές εντόπισαν 459 ηπειρωτικούς σεισμούς του μανδύα από το 1990, μέσα από ένα αρχικό δείγμα 46.000 σεισμών.

Οι επιστήμονες θεωρούν ότι ο αριθμός αυτός είναι συντηρητικός και ότι περισσότερα γεγονότα θα εντοπιστούν στο μέλλον, καθώς επεκτείνονται τα δίκτυα αισθητήρων, ιδιαίτερα σε απομακρυσμένες περιοχές όπως το οροπέδιο του Θιβέτ.

Ο Κλέμπερερ έχει αφιερώσει μεγάλο μέρος της καριέρας του στη μελέτη της σεισμικότητας αυτής της απομονωμένης περιοχής, εμπνέοντας τον μαθητή του, Γουάνγκ, να εμβαθύνει περαιτέρω στο φαινόμενο.

Με ένα ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων και αξιόπιστη μέθοδο αναγνώρισης, οι ερευνητές σχεδιάζουν να εξετάσουν λεπτομερέστερα τα χαρακτηριστικά αυτών των σπάνιων σεισμών. Ορισμένοι φαίνεται να είναι μετασεισμοί από σεισμούς του φλοιού, ενώ άλλοι ενδέχεται να οφείλονται στις θερμικές κινήσεις του μανδύα που ανακυκλώνει τμήματα του φλοιού.

Οι επιστήμονες του Stanford εκτιμούν ότι στο μέλλον θα αποκτήσουν μια πληρέστερη εικόνα για τις κρυφές διεργασίες στο εσωτερικό της Γης. «Οι σεισμοί του ηπειρωτικού μανδύα ίσως αποτελούν μέρος ενός ευρύτερου, αλληλένδετου κύκλου σεισμικότητας», σημείωσε ο Γουάνγκ. «Στόχος μας είναι να κατανοήσουμε πώς λειτουργούν αυτά τα στρώματα του πλανήτη ως ενιαίο σύστημα».