N?r enorme jordskjelv knuser byer, slik som i Asia i 2004 og i Japan i 2011 – da den voldsomme kraften fra jordskjelv sendte tsunamib?lger inn over land og drepte til sammen flere hund-re tusen mennesker – g?r trykkb?lger gjennom hele jorda, fra jordskjelvomr?det gjennom den flytende massen i jordas indre og ut til den andre siden.
Trykkb?lgene blir fanget opp av m?lestasjoner over hele verden, slik som av det seismologiske observatoriet NORSAR p? Kjeller utenfor Oslo.
Ved ? tolke disse trykkb?lgene, kan forskerne f? et innblikk i hvordan innsiden av jorda ser ut.
En av de store ul?ste g?tene de siste ?rtiene er sammenhengen mellom den flytende massen i jord-as indre, kalt mantelen, og hvorfor kontinental-platene p? jordskorpa beveger seg slik de gj?r.
Kan forst? klimaendringene
Takket v?re helt nye matematiske modeller, pr?ver geologene ? tolke trykkb?lgene fra jordskjelv for ? beregne hvordan jorda, b?de p? utsiden og innsiden, har endret seg i l?pet av de siste 250 millioner ?r.
– Med den nye modellen kan vi f? et historisk bilde av hvordan planeten v?r har sett ut, hvordan jordskorpa og mantelen har utviklet seg, og om det er mantelen som styrer bevegelsene til jordplatene eller omvendt. Vi vil da kunne forst? hvorfor mantelen er lagdelt, og om det har skjedd umiddelbart eller over millioner av ?r. 澳门葡京手机版app下载 p? mantelen er dessuten viktig for ? forst? klimaendringene p? jorda. Det er en sammenheng mellom mantelen og klimaet p? kloden. Vi kan bruke modellene til ? se p? massebalansen av kjemiske elementer i mantel-en og i atmosf?ren, og bruke denne massebalan-sen til ? se hvordan klimaet p? jorda har utviklet seg. Med modellene kan vi ogs? l?re oss mer om hvordan planeter er bygd opp, b?de i solsystemet v?rt og andre steder i verdensrommet, forteller postdoktor Abigail L. Bull-Aller p? det nye senteret for fremragende forskning, Centre for Earth Evolution and Dynamics ved Universitetet i Oslo, ledet av professor Trond Torsvik.
Senteret vil de neste ti ?rene f? 155 millioner kroner til ? utvikle matematiske modeller som kan forklare hvordan mantelen i jordas indre p?virker bevegelsen til jordplatene og f?rer til massive vulkanutbrudd.
Jordskorpa slukes opp
For ? finne svar p? dette, m? forskerne forst? hvordan deler av jordskorpa blir slukt opp av mantelen. Jordskorpa best?r av kontinentale plater. Platene beveger seg hele tiden. Det kan skje p? tre m?ter. Platene kan bevege seg fra hverandre. Da skapes en ?pning til jordas indre. Island, med alle vulkanene sine, ligger i en slik ?pning. Platene kan ogs? bevege seg sidelengs mot hverandre. Og sist, men ikke minst: Platene kan bevege seg mot hverandre. Da skjer de verste jordskjelvene.
N?r plater kolliderer, kan den ene platen bli presset nedover mot mantelen. Det er nettopp det som skjer utenfor kysten av Japan. Der har den ene platen gjennom flere millioner ?r blitt presset 600 kilometer nedover i mantelen. Disse kollisjonene skjer vanligvis n?r de f? kilometer tynne havplatene kolliderer med de opptil 20 kilometer tykke jordplatene. Det er nettopp slike kollisjoner som f?rte til de fryktinngytende jordskjelvene i Japan i 2011 og utenfor Indonesia i 2005.
Disse platene ser ut som underjordiske tunger. Ettersom tungene er tyngre enn selve mantelen, synker de stadig lenger ned i jorda, med en fart p? ti centimeter i ?ret. Teoretisk sett kan de synke helt til bunnen av mantelen.
– Tungene er kjemisk annerledes enn mantelen, og de er mye kaldere enn mantelmassen rundt dem. Mens temperaturen inne i tungene bare er p? fattige 700 grader, er mantelmassen rundt tungene over dobbelt s? varm. Lenger nede er mantelen 3000 grader.
Avhengige av jordskjelv
For ? m?le hva som skjer inne i mantelen, holder det ikke med sm? menneskeskapte seismologiske m?linger. De trykkb?lgene som menneskene selv klarer ? lage, g?r bare noen f? kilometer ned i jorda. Forskerne er derfor avhengige av m?lestasjoner som fanger opp energib?lgene fra skikkelig store jordskjelv. Det finnes en rekke jordskjelvstasjoner p? den nordlige halvkule, de fleste i velst?ende land. Afrika har bare noen f? slike stasjoner. Mange av dem ble satt opp under den kalde krigen for ? registrere hemmelige atomv?pensprengninger.
Seismologiske m?linger viser at den 600 kilo-meter lange japanske tungen som stikker ned i mantelen, holder formen, og at bare en liten br?kdel av massen faller av og blir omdannet til mantel.
Amerikanske forskere mener at tungen har falt av og at kontinentalplaten derfor har begynt ? bevege seg sidelengs i stedet.
– M?lingene er dessverre ikke gode nok til at vi kan v?re helt sikre. For ? f? bedre m?linger hadde vi trengt et tettere nettverk av m?lestasjoner. Vi m? i stedet bruke numeriske beregninger p? superdatamaskiner for ? beregne hva som skjer med denne tungen, forteller Bull-Aller.
Kikkhull til jordas indre
N?r noe synker ned i mantelen, blir andre deler av mantelen presset opp som varmes?yler. Dette er Bull-Aller spesielt opptatt av. Den varme massen stiger langsomt opp gjennom mantelen og havner til slutt p? jordas overflate. Noen ganger kan det resultere i sv?re vulkanutbrudd. Andre ganger kommer massen bare sakte opp.
Varmes?ylene er geologenes kikkhull ned i jordas indre. I noen av disse varmes?ylene er diamanter fra jordas indre blitt transportert opp til jordoverflata. Et eksempel p? et slikt kikkhull er s?rafrikanske Kimberley, som har en av de st?rste diamantforekomstene i verden.
Et annet viktig kikkhulleksempel til jordas indre er Devvan Traps i India. Her ligger restene etter en 65 millioner ?r gammel supervulkan.
M?ler temperaturen inne i jorda
Takket v?re de seismologiske m?lingene, kan forskerne m?le temperaturen i mantelen. N?r materien er varmere, bruker energib?lgene fra jordskjelv lengre tid til jordoverflata. I kaldere materie er energib?lgene raskere.
Temperaturen er ikke den samme i hele mantelen. Rett under Stillehavet og Afrika fins to sv?re omr?der, kalt Anomolis, som er varmere enn andre deler av mantelen.
澳门葡京手机版app下载sleder Trond Torsvik mener at begge Anomolis-omr?dene er gamle, mens andre mener at det ene Anomolisfeltet under Afrika er av nyere dato. Og med nyere dato mener geologene bare noen f? hundre millioner ?r.
– Begge hypotesene kan v?re riktige, sier Bull-Aller.
Hun bruker n? simuleringer til ? unders?ke hvem som har rett.
– Vi vil finne ut av hva Anomolis-omr?dene er laget av, hvorfor de er der, hvordan de har endret seg over tid og hvorfor de har f?tt den formen som de har i dag.
En hypotese er at skorpa fra jordas barndom har sunket ned og dannet de spesielle omr?dene. Men det kan ogs? tenkes at de best?r av noe som kommer dypt inne fra mantelen.
Simulerer forhistorien
For ? beregne hvordan mantelen og jordskorpa har endret seg de siste hundre millioner ?r, har Bull-Aller tatt i bruk enormt tunge beregninger. For ? klare det m? hun gj?re en rekke antakelser om hvordan mantelen s? ut den gangen. S? simulerer hun hvordan mantel-en kan ha utviklet seg og sammenligner om svaret ligner p? hvordan mantelen ser ut i dag. S? lenge svaret ikke stemmer, m? hun endre p? antakelsen og pr?ve igjen.
Hun har startet simuleringer b?de der hun antar at Anomolis ligger som et lag nederst i mantelen og der begge Anomolis-omr?dene er der de er i dag.
– Vi er p? sporet! Vi har f?tt noe som ligner p? det vi har i dag. Simuleringsmodellen klarer ? gjenskape Anomolis under Stillehavet. Den har n? rett st?rrelse, men fortsatt ikke samme form. Vi har ogs? f?tt noe som ligner p? Anomolis under Afrika. Men simuleringene viser fortsatt et hull i midten som ikke skal v?re der.
Tunge beregninger
Beregningene er enormt tunge og kan bare gjennomf?res p? super-datamaskiner. Bull-Aller har muligheten til ? kj?re ti simuleringer, med ulike parametre, samtidig. Hver simulering tar fire dager.
– Vi stopper simuleringene om de ikke b?rer rett vei. Vi vil ikke sl?se med maskintiden.
Siden september i fjor har hun brukt 400 000 datamaskintimer av kvoten hennes p? 600 000 timer.
Forel?pig har hun bare klart ? simulere hvordan mantelen kan ha sett ut for 250 millioner ?r siden. N? vil hun simulere enda lenger tilbake i tid.
Med modellen kan geologene ogs? forklare hvor det fins mer vann p? jorda.
– Ikke glem at det er en tynn skorpe mellom verdenshavene og mantelen. Det g?r mye vann ned i mantelen og opp igjen. Noen mener at vi har mer vann i mantelen enn i verdenshavene.
Med modellen kan de ogs? gi mer presise anslag av hvordan kontinentalplatene vil bevege seg vid-ere. Denne vitenskapen kalles for platetektonikk.
– Vi ?nsker ? finne ut av om jorda er den eneste planeten i universet med bevegelige kontinentalplater. Livet p? jorda ville ha v?rt helt annerledes uten denne platetektonikken, avslutter Bull-Aller.