اکنون، زمینشناسان سرنخهای جدیدی درباره ترکیب آنها یافتهاند که میتواند درک ما از زمینشناسی کل سیاره را دگرگون کند.
در دهه 1358، دادههای لرزهای نشان دادند که دو توده عظیم و قارهمانند از مواد در گوشته زمین، هزاران کیلومتر زیر اقیانوس آرام و قاره آفریقا قرار دارند.
یک مطالعه جدید که توسط محققانی از هلند و ایالات متحده انجام شده، این ساختارها را با جزئیات بیشتری بررسی کرده است. در کنار اندازهگیری تغییرات سرعت امواج لرزهای – که تحقیقات پیشین بر آن متمرکز بودند – این تیم به میزان انرژی از دست رفته این امواج هنگام عبور از میان این تودهها نیز توجه کرده است.
به شکل شگفتانگیزی، آنها دریافتند که امواج لرزهای هنگام عبور از این تودهها، انرژی بسیار کمی از دست میدهند. این یافته پیامدهای مهمی دارد: نخست، نشان میدهد که مواد تشکیلدهنده این تودهها دارای دانههای معدنی بزرگتری از آنچه انتظار میرفت هستند. این موضوع به این معناست که این ساختارها قدیمی و پایدارند، که به نوبه خود نشان میدهد گوشته زمین کمتر از آنچه در کتابهای زمینشناسی آمده، دچار همرفتی و جابهجایی میشود.
هزاران کیلومتر سنگ، مشاهده مستقیم درون زمین را دشوار میکند، اما دانشمندان میتوانند آن را با استفاده از امواج صوتی مطالعه کنند. زمینلرزههای بزرگ باعث میشوند که سیاره مانند یک زنگ بزرگ به لرزش درآید و امواج لرزهای را در سراسر آن منتشر کند. حسگرهای مستقر در سراسر جهان این امواج را دریافت کرده و ساختارهای پنهان درون زمین را آشکار میکنند.
برای مثال، امواج لرزهای در مواد مختلف با سرعتهای متفاوت حرکت میکنند. بنابراین، اندازهگیری میزان کاهش یا افزایش سرعت آنها اطلاعاتی درباره ترکیب مناطق و لایههای مختلف زمین ارائه میدهد.
به همین روش بود که این تودههای عظیم و عجیب برای نخستین بار چندین دهه پیش شناسایی شدند. مشاهده شد که امواج لرزهای در این مناطق به شدت کند میشوند، و به همین دلیل، نام علمی آنها «استانهای با سرعت لرزهای کم و بزرگ» (LLSVPs) گذاشته شد. این موضوع نشان میدهد که این مناطق بسیار داغتر از گوشته اطرافشان هستند.
آروِن دِئوس، زمینشناس دانشگاه اوترخت در هلند، میگوید: «این دو جزیره بزرگ توسط گورستانی از صفحات تکتونیکی احاطه شدهاند که از طریق فرآیندی به نام ‘فرورانش’ به اینجا منتقل شدهاند؛ در این فرآیند، یک صفحه تکتونیکی به زیر صفحهای دیگر فرو میرود و از سطح زمین تا عمق تقریبی ۳۰۰۰ کیلومتری پایین میرود.»
اما صرفاً اندازهگیری سرعت امواج لرزهای نمیتواند تصویر کاملی از این تودهها ارائه دهد. این LLSVPها ممکن است ناهنجاریهای حرارتی زودگذر باشند یا تودههایی پایدار با ترکیبی متفاوت.
برای بررسی این موضوع، تیم تحقیقاتی از دادههای نوسان کلی زمین که از ۱۰۴ زمینلرزه گذشته به دست آمده بود، استفاده کرد تا یک مدل سهبعدی دقیق از گوشته بالایی و پایینی ایجاد کند. به طور خاص، آنها دادههایی درباره «میرا شدن» امواج – یعنی مقدار انرژی از دست رفته آنها هنگام عبور از مناطق مختلف – را در این مدل لحاظ کردند.
به شکلی غیرمنتظره، مشخص شد که میزان میرا شدن در LLSVPها بسیار کمتر از میزان آن در صفحات تکتونیکی واقع در «گورستان صفحات» است. این یافته نشان میدهد که LLSVPها نهتنها ناهنجاریهای حرارتی بلکه ناهنجاریهای ترکیبی نیز هستند. نکته کلیدی در این میان، اندازه دانههای معدنی تشکیلدهنده این ساختارهاست.
دئوس میگوید: «صفحات تکتونیکی فرورونده که سرانجام در گورستان صفحات قرار میگیرند، دارای دانههای کوچک هستند زیرا در مسیر حرکت خود به اعماق زمین، مجدداً تبلور مییابند. اندازه دانههای کوچک به معنای تعداد بیشتری از دانهها و در نتیجه تعداد بیشتری مرز بین آنهاست. به دلیل وجود این تعداد زیاد مرز دانهای در گورستان صفحات، امواج هنگام عبور از آنها انرژی بیشتری از دست میدهند. اما از آنجا که میزان میرا شدن در LLSVPها بسیار کم است، آنها باید از دانههای بسیار بزرگتری تشکیل شده باشند.»
یکی از نظریههای اصلی درباره منشأ LLSVPها این است که آنها نیز تکههایی از صفحات تکتونیکی قدیمی هستند، چراکه در نزدیکی گورستان صفحات قرار دارند. اما تفاوتهای مشاهدهشده در اندازه دانهها و دما این نظریه را زیر سؤال میبرد.
این یافتهها میتوانند از نظریه دیگری حمایت کنند: این که LLSVPها بقایای سیاره اولیهای هستند که حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش با زمین اولیه برخورد کرد و منجر به تشکیل ماه شد.
هرچه که باشند، سختی و پایداری آنها نشان میدهد که گوشته زمین به آن اندازه که پیشتر تصور میشد، ترکیبشده و همگن نیست.
سوجانیا تالاورا-سوزا، زمینشناس دانشگاه اوترخت و نویسنده اصلی این پژوهش، میگوید: «در هر حال، این LLSVPها باید بتوانند به نوعی در برابر جریان همرفتی گوشته مقاومت کرده و بقا یابند.»