Сеизмолозите използват вълни, генерирани от земетресенията, за да сканират вътрешността на нашата планета, подобно на това, както лекарите представят своите пациенти с медицинска томография. Изображенията на Земята ни помогнаха да проследим дълбокия произход на вулканични острови като Хавай и да идентифицираме зоните на източника на дълбоки земетресения.
"Представете си рентгенолог, принуден да работи с CAT скенер, на който липсват две трети от необходимите сензори", каза Фредерик Саймънс, професор по геонауки в Принстън. „Две трети е частта от Земята, която е покрита от океани и следователно липсва станции за сеизмични запис. Такава е ситуацията, пред която са изправени сеизмолозите, които се опитват да изострят своите изображения на вътрешността на нашата планета."
Преди около 15 години, когато беше постдокторант, Симонс си партнира с Гууст Нолет, сега професор по геонаука и геоложко инженерство Джордж Дж. Маги, почетен, и те решиха да поправят тази ситуация чрез изграждане на подводен робот оборудван с хидрофон - подводен микрофон, който може да улавя звуците от далечни земетресения, чиито вълни доставят акустична енергия в океаните през океанското дъно.
Тази седмица Нолет, Симонс и международен екип от изследователи публикуваха първите научни резултати от революционните сеизмични плувки, наречени MERMAIDs - Mobile Earthquake Recording in Marine Areas by Independent Divers.
Изследователите от институции в Съединените щати, Франция, Еквадор и Китай откриха, че вулканите на Галапагос се захранват от източник на дълбочина 1 200 мили (1 900 км) през тесен тръбопровод, който е извеждайки гореща скала на повърхността. Такива „мантийни струи“бяха предложени за първи път през 1971 г. от един от бащите на тектониката на плочите, геофизикът от Принстън У. Джейсън Морган, но те устояха на опитите за детайлно сеизмично изобразяване, защото се намират в океаните, рядко в близост до сеизмични станции.
РУСАЛКИ се носят пасивно, обикновено на дълбочина от 1500 метра - около една миля под морската повърхност - движат се 2-3 мили на ден. Когато човек открие възможно входящо земетресение, то се издига на повърхността, обикновено в рамките на 95 минути, за да определи позицията си с GPS и да предаде сеизмичните данни.
Оставяйки своите девет робота да плават свободно в продължение на две години, учените създадоха изкуствена мрежа от океански сеизмометри, които биха могли да запълнят една от празните зони на глобалната геоложка карта, където иначе няма сеизмична информация.
Неочаквано високата температура, която техният модел показва в мантийния струй на Галапагоските острови, "намеква за важната роля, която перенията играят в механизма, който позволява на Земята да се затопля", каза Нолет.
"От 19-ти век, когато лорд Келвин предсказва, че Земята трябва да изстине, за да бъде мъртва планета в рамките на сто милиона години, геофизиците се борят с мистерията, че Земята поддържа доста постоянна температура над 4,5 милиарда години“, обясни Нолет. „Можеше да го направи само ако част от първоначалната топлина от нейното натрупване и тази, създадена от радиоактивни минерали, можеше да остане заключена вътре в долната мантия. Но повечето модели на Земята предвиждат, че мантията трябва да се конвектира енергично и да освобождава това нагряват много по-бързо. Тези резултати от експеримента на Галапагос насочват към алтернативно обяснение: долната мантия може да устои на конвекция и вместо това да донесе топлина на повърхността само под формата на мантийни струи като тези, създаващи Галапагос и Хавай."
За да отговорят допълнително на въпросите за топлинния бюджет на Земята и ролята, която мантийните струи играят в нея, Симонс и Нолет се обединиха със сеизмолози от Южния университет за наука и технологии (SUSTech) в Шенжен, Китай, и от Японската агенция за морска земна наука и технологии (JAMSTEC). Заедно и с кораби, предоставени от френския изследователски флот, те са в процес на пускане на вода на около 50 РУСАЛИ в Южния Тихи океан, за да проучат района на мантийния шлейф под остров Таити.
"Останете на линия! Предстоят още много открития", каза професор Йонгшун (Джон) Чен, възпитаник на Принстън от 1989 г., който е ръководител на катедрата по океанология и инженерство в SUSTech, който ръководи следващия фаза на това, което те и техният международен екип нарекоха EarthScope-Oceans.
