Az UCLA geofizikusainak sikerült először olyan nagy frekvenciájú földrengéshullámokat észlelniük, amelyek a Föld belső magjából verődtek vissza. Ez azt mutatja, hogy a belső mag nem pusztán egy homogén "vasgolyó".

"Valami egészen mást kerestünk, de szerencsére éppen a jó irányban vizsgálódtunk ahhoz, hogy az eddig soha nem észlelt jeleket felfoghassuk" - mondta John Vidale, az UCLA (University of California) föld- és űrtudományokkal foglalkozó professzora. Ő közölte az új eredményeket a Nature tudományos hetilap március 16-i számában.

John Vidale állítása szerint olyan megmagyarázhatatlan jeleket észleltek, amelyeket a belső magból származónak véltek - ám ezt a lehetőséget nem tartották valószínűnek, mert még soha senki sem észlelt szórt hullámokat a Föld belső magjából. Miután azonban egymás után elvetették a többi lehetséges megoldást, nem maradt más, csak a meglepetésszerű felismerés: a hullámok tényleg a belső magból származnak. A magyarázatuk az, hogy a szeizmikus hullámok behatolnak a belső magba, nekiütköznek valaminek, és visszaverődnek.



A Föld gömbhéjas felépítésű, a középpont felé haladva egyre nagyobb sűrűségű övezetekből áll. A földkéreg alatt előbb a földköpeny, majd a külső és a belső mag következik. A belső mag határa 5100 km-rel a felszín alatt található, sugara kb. 1300 km. A tudósok a belső magot szilárdnak, a külsőt pedig folyékony halmazállapotúnak vélik. A mag anyagi összetételében uralkodó a vas (90%) és a nikkel (5-7%), valamint a kén.

Vidale és Paul Earle, az UCLA egyik fiatal kutatója elvégezte egy Montana államban található, több mint 170 km-re kiterjedő szeizmikus mérőhálózat adatainak új számítógépes elemzését. A Montanában található berendezések 1969 és 1975 között szolgáltattak adatokat a föld alatti nukleáris robbantások által keltett földrengéshullámokról. Ez a hálózat - amely 500-nál is több, 60 m-rel a föld alatt elhelyezett szeizmométerből (földrengésjelző készülékből) áll - volt a legérzékenyebb berendezés, amellyel ilyen gyenge jeleket ki lehetett mutatni.

Vidale és Earle tizenkét, Japánban és Dél-Amerikában kipattant földrengés, valamint négy nukleáris robbantás (több mint 10 000 km távolságban végrehajtott szovjet nukleáris tesztek) rengéshullámainak adatait használta fel. Mivel a mai számítógépek jóval gyorsabbak és nagyobb teljesítményűek azoknál, amelyek idejében a mérések történtek, így a tudósoknak sikerült azokat a halványabb jeleket is észlelniük, amelyeket korábban nem lehetett volna kimutatni.

Vidale és kollégája először csak a belső mag felületéről visszaverődő hullámokat kereste. Az adatfeldolgozás során azonban olyan jeleket fedeztek fel, amelyeket addig a nagyobb háttérzaj elfedett. Ahelyett, hogy egyetlen, a belső mag felületéről érkező reflexiót (visszaverődést) észleltek volna, 200 másodpercnyi ideig elhúzódó jelsorozatot érzékeltek. Nagyon gyenge jel volt, de sokkal tovább tartott, mint kellett volna. Először nem is tartották fontosnak a jelenséget, de sorra felfedezték a többi eseménynél is.

Számos oka lehet annak, hogy a belső magból is érkeztek visszaverődések. Jelentheti azt, hogy az eddigi véleménnyel ellentétben a belső magnak bonyolultabb felépítése van, vagy anyagi összetételében vannak variációk. Lehetséges, hogy egyes részeken több kén és oxigén van, mint az átlagos összetételű területeken. (A belső mag főleg vasból áll - 90% körüli aránnyal -, de ha tisztán szilárd vasból állna, akkor a földrengéshullámok egyszerűen áthaladnának rajta. Ám nem így történik.)

Ezek az új eredmények nagyban hozzásegítik a kutatókat a belső mag fejlődésének megértéséhez. A Föld lassú hűlése következtében a belső mag kiterjed a külső mag rovására. A belső magban megfigyelhető szabálytalanságok ötleteket adhatnak a keletkezésére vonatkozóan. A kutatók az adatokat arra is felhasználják, hogy kimutassák a mag esetleges forgását a felette levő köpenyéhez képest.

Vidale a földköpenyt, a földmagot és kettejük kölcsönhatását vizsgálja a földrengések kutatása mellett. Kutatásainak kettős célja van: egyrészt annak kimutatása, zajlik-e anyagáramlás a köpenyből a magba vagy fordítva, másrészt pedig annak eldöntése, hogy a földrengéseket befolyásolják-e az árapályhatások.

B. B.

A Föld belső szerkezete

A Föld a nehézségi erő, a forgás és a fokozatos lehűlés hatására létrejött, eltérő összetételű és szerkezetű gömbhéjakból áll. Ezeket a gömbhéjakat olyan határfelületek választják el egymástól, amelyek a fizikai és kémiai tulajdonságok ugrásszerű változását jelzik. A határfelületeken megtörnek és visszaverődnek a földrengéshullámok, így ezekkel lehet felderíteni a Föld belső szerkezetét.

A szilárd, kőzetekből álló földkéreg a kontinensek alatt átlag 35, míg az óceánok alatt átlag 6 km-es vastagságú, de a hegységek alatt akár 70-80 km mélységbe is lenyúlhat.
A kérget a földköpenytől elválasztó szeizmikus határfelület, a Mohorovicic-féle határfelület alatt a földrengéshullámok sebessége megnő. A földköpeny legfelső része szilárd, jellemzően magnéziumban és vasban gazdag kőzetekből áll. A földkérget és a földköpeny legfelső részét litoszférának (kőzetburoknak) nevezzük.

A földköpenyben van egy részlegesen olvadt zóna, az asztenoszféra, amely kb. 150-300 km mélységben helyezkedik el a litoszféra alatt. Az olvadék jelenléte miatt itt a földrengések sebessége kissé csökken. (A longitudinális vagy P hullámok szilárd és folyékony közegen is áthaladhatnak, míg a transzverzális nyíró, avagy S hullámok csak szilárd közegben terjednek. Azonban a P hullámok sebessége is jelentősen kisebb folyékony közegben.)



A földköpeny mélyebb részei felé egyre nő a földrengéshullámok sebessége, míg a földköpeny/földmag határán (2900 km mélyen) hirtelen csökken, és az S hullámok nem is hatolnak be a magba. A földmag ugyanis két részből áll: egy folyékony halmazállapotú külső és szilárd belső magból (a kettő között egy átmeneti övezet húzódik). Mivel a külső mag folyékony halmazállapotú, az S hullámok egyáltalán nem, a P hullámok pedig csak jelentős sebességcsökkenéssel érhetik el a belső magot. Az eddigi vizsgálatokkal sikerült kimutatni a belső mag szilárd halmazállapotát, de most kaptak először visszaverődést ebből a zónából. Vissza pedig csak akkor verődik egy földrengéshullám, ha valamilyen határfelület vagy inhomogenitás (összetételbeli egyenetlenség) található a belső magban is. A jelenség magyarázata még további kutatásra szorul.

A földrengéshullámok
Ezen a magyar nyelvű oldalon bővebben olvashat a földrengéshullámok típusairól, terjedésükről és szerepükről a Föld belső szerkezetének kutatásában.

A Föld belseje
További információk, képek, ábrák, táblázatok bolygónk belső szerkezetéről.

Ajánló:

Az eredeti sajtóanyag az UCLA honlapján. Kósa Pál nagyszerű munkája a szövegben szereplő linkek is ennek egyes oldalaihoz mutatnak.

Korábban:

Összeállításunkban arra vállalkozunk, hogy bemutassuk a földrengésekkel kapcsolatos alapvető tudnivalókat, a különféle földrengés-skálákat, s az utóbbi évek nagyobb katasztrófáit.