ความอยากรู้อยากเห็นมากมายของเราถูกดึงไปสู่สวรรค์ แต่โลกที่อยู่ใต้ฝ่าเท้าของเราก็เต็มไปด้วยความลึกลับลึกเช่นกัน นักวิทยาศาสตร์ไม่ทราบว่ามีอะไรอยู่ที่นั่นหรือทำงานอย่างไร
ใต้ดินมีการศึกษาผ่านคลื่นแผ่นดินไหว - โดยทั่วไปแล้วคลื่นเสียงที่เดินทางในโลก มันเหมือนโซนาร์ แต่อยู่ในหินแทนที่จะเป็นน้ำ
“ ธรณีฟิสิกส์ขึ้นอยู่กับการมองเสียงสะท้อนที่ย้อนกลับจากชั้นใต้พื้นผิว” Kasper Van Wijk จาก Colorado School of Mines กล่าว "นี่เป็นแนวคิดพื้นฐานของแผ่นดินไหวในช่วง 100 ปีที่ผ่านมา"
นักทำแผ่นดินไหวตรวจสอบคลื่นเพื่อกำหนดองค์ประกอบของการตกแต่งภายในของโลก
แต่ Van Wijk และเพื่อนร่วมงานของเขา Anatoli Levshin แห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์ได้เรียกโมเดลง่าย ๆ ให้เป็นคำถาม พวกเขาทำการทดลองซึ่งอุปสรรคในการตกแต่งภายในของโลกอาจทำให้คลื่นไหวสะเทือนได้ตีกลับมาหลายครั้งก่อนที่จะกลับไปที่พื้นผิว อุปสรรคไม่เหมือนก้อนหินบนเส้นทาง พวกเขาอาจมีความแตกต่างในความหนาแน่นหรือองค์ประกอบ นักวิทยาศาสตร์เรียกพวกเขาว่ามีความไม่พอใจ
“ ลองนึกภาพเครื่องพินบอล” Van Wijk กล่าวในการสัมภาษณ์ทางโทรศัพท์ "คุณส่งพินบอลลงและเด้งหลายครั้งระหว่างทางกลับไปหาคุณถ้าคุณไม่มีอุปสรรคใด ๆ มันจะเดินทางเร็วขึ้น"
อุปสรรคที่ซ่อนอยู่
กฎทั่วไปของนิ้วหัวแม่มือคือวัสดุที่หนาแน่นยิ่งขึ้นเท่าไหร่คลื่นแผ่นดินไหวก็จะเดินทางได้เร็วขึ้น และนักธรณีวิทยารู้ว่าความยาวคลื่นที่ยาวกว่าเจาะลึกกว่าความยาวคลื่นที่สั้นกว่า (เป็นเหตุผลเดียวกับที่คุณได้ยินเสียงเบสที่ดังจากรถที่ผ่าน แต่ไม่ใช่ความถี่สูง)
คลื่นอะคูสติกเดินทางจากซ้ายไปขวาในแผ่นอลูมิเนียม ส่วนหนึ่งของคลื่นได้เด้งออกจากหลุมเล็ก ๆ ในโลหะทำให้เกิดแหวน เครดิต: ห้องปฏิบัติการ Acoustics ทางกายภาพ, ภาควิชาธรณีฟิสิกส์, Colorado School of Mines
ภาพทั่วไปคือคลื่นบางอย่างสะท้อนให้เห็นถึงเลเยอร์ขอบเขตพูดระหว่างหินแกรนิตและหินทราย ด้วยการวัดเวลาที่คลื่นเหล่านี้กลับไปที่พื้นผิวสามารถวาดแผนที่ทางธรณีวิทยาของการตกแต่งภายในได้
แมลงวันในครีมตาม Van Wijk และ Levshin คืออุปสรรคเช่นรอยแตกหรือถ้ำหรือลำธารใต้น้ำจะทำให้เกิดการสะท้อนหลายครั้งของคลื่นแผ่นดินไหวทำให้เกิดความประทับใจว่าคลื่นได้ชะลอตัวลง
นักวิจัยจำลองผลกระทบนี้ในอลูมิเนียมแผ่นเดียวซึ่งพวกเขาแกะสลักรอยหยักขนาดเล็ก การวัดคลื่นอะคูสติกผ่านโลหะดูราวกับว่ามีชั้นในแผ่น
“ ถ้าคุณเพิกเฉยต่อกลไก 'พินบอล' การตีความของการฝังรากลึกของคุณอาจผิด” Van Wijk กล่าว การรวมกันของชั้นและอุปสรรคอาจส่งผลกระทบต่อข้อมูลแผ่นดินไหวทั้งหมดเขาคิด
เชื่อมช่องว่าง
ผลลัพธ์เหล่านี้ซึ่งตีพิมพ์เมื่อเดือนที่แล้วในวารสารจดหมายวิจัยธรณีฟิสิกส์มีความเกี่ยวข้องกับการสำรวจทางธรณีวิทยาที่มองหาแหล่งแร่และน้ำมันสำรองหรือประเมินความเสี่ยงที่เป็นไปได้ของการสร้างสะพานหรืออุโมงค์ในบางพื้นที่ Van Wijk กล่าวว่าการสำรวจเหล่านี้สามารถปรับปรุงได้โดยการรวมการตีกลับหลายครั้งเข้ากับโมเดล
ในการสำรวจโดยทั่วไปนักธรณีวิทยาสร้างคลื่นไหวสะเทือนซึ่งโดยทั่วไปจะมีความยาวหลายสิบถึงหลายร้อยหลา (เมตร) โดยการจุดไฟของจุดระเบิดใต้ดินหรือการสั่นสะเทือนด้วยรถบรรทุกขนาดใหญ่ที่ตีกลับบนระบบกันสะเทือนไฮดรอลิก
แหล่งธรรมชาติเช่นแผ่นดินไหวและการปะทุของภูเขาไฟสร้างคลื่นแผ่นดินไหวมากขึ้นเช่นความยาวกิโลเมตร (0.6 ไมล์) คลื่นเหล่านี้สามารถแทรกซึมผ่านเปลือกโลกของโลกเข้าไปในเสื้อคลุมและแกนกลางของโลก
Van Wijk กล่าวว่าคลื่นที่เรียกว่า "ร่างกาย" เหล่านี้น่าจะตีกลับหลายครั้งระหว่างจุดร้อนและเย็นในหินที่หลอมเหลวหรือบนพื้นผิวที่หยาบกร้านระหว่างเสื้อคลุมและแกนกลาง
"ผู้คนไม่สนใจเรื่องนี้มาก่อน" Van Wijk กล่าว "แต่เราคิดว่ามันจะสำคัญกว่า"
มีอะไรอยู่ที่นั่น
- รัศมีของโลกอยู่ที่ประมาณ 4,000 ไมล์ (6,400 กิโลเมตร) ชั้นหลักของการตกแต่งภายในอยู่ในลำดับจากมากไปน้อย: เปลือกโลกเสื้อคลุมและแกนกลาง
- ความหนาของเปลือกโลกเฉลี่ยประมาณ 18 ไมล์ (30 กิโลเมตร) ภายใต้ทวีป แต่อยู่ห่างจากมหาสมุทรเพียงประมาณ 3 ไมล์ (5 กิโลเมตร) มันเบาและเปราะและสามารถทำลายได้ มันเป็นที่ที่แผ่นดินไหวส่วนใหญ่เกิดขึ้น
- เสื้อคลุมมีความยืดหยุ่นมากขึ้น - มันไหลแทนที่จะแตกหัก มันขยายลงไปประมาณ 1,800 ไมล์ (2,900 กิโลเมตร) ใต้พื้นผิว
- แกนกลางประกอบด้วยแกนชั้นในที่มั่นคงและแกนนอกของของเหลว ของเหลวมีเหล็กซึ่งในขณะที่มันเคลื่อนที่สร้างสนามแม่เหล็กของโลก
- เปลือกโลกและเสื้อคลุมด้านบนก่อตัวเป็น lithosphere ซึ่งแบ่งออกเป็นหลายแผ่นที่ลอยอยู่ด้านบนของเสื้อคลุมหลอมเหลวร้อนด้านล่าง
