Forskere har undersøgt to enorme, mystiske strukturer i Jordens indre

Dybt nede i Jordens indre er der to områder i kappen, der ser ud til at være forskellige fra den omliggende kappe.

De gigantiske strukturer begynder ved grænsen mellem kernen og kappen og er et par tusinde kilometer brede. De kaldes 'Large low-shear velocity provinces' (LLSVP) og blev først opdaget i 1980'erne.

Områderne er karakteriseret ved seismiske bølger, der rejser langsommere gennem dem.

De er hver især cirka placeret på hver sin modsatte side af Jorden: Den ene er under Stillehavet og den anden under Afrika.

Præcis hvad der adskiller disse områder fra resten af ​​kappen, hvordan de udviklede sig, og hvordan de blev dannet, er fortsat usikkert. Men forskere mener, at disse områder er med til at påvirke pladetektonik og vulkansk aktivitet.

I et nyt studie har Qian Yuan og Mingming Li ved Arizona State University set på forskelle mellem de to strukturer.

Stor højdeforskel

Qian Yuan og Mingming Li har set på tidligere publicerede data om udbredelsen af ​​de to områder.

De fandt, at strukturen under Afrika er så meget som 1.000 kilometer højere end den anden struktur. Det strækker sig længere op ad kappen.

Forskerne nåede en ny maksimal højde for de to områder: 700 til 800 kilometer for området under Stillehavet og 1.600 til 1.800 kilometer for området under Afrika.

Hvad er årsagen til højdeforskellen?

Lavere tæthed

Forskerne designede og kørte hundredvis af kappe-konvektionsmodelleringer, ifølge en pressemeddelelse om studiet.

De kom frem til, at den store forskel mellem 'the blobs' ('klumperne', red.), som de kaldes på engelsk, må hænge sammen med, at det afrikanske har en lavere tæthed.

Det kan betyde, at det har en anden sammensætning, er mindre stabilt og kan have udviklet sig på en anden måde end det i Stillehavs-området.

»Vores beregninger viser, at områdernes oprindelige volumen ikke påvirker deres højde,« siger Qian Yuan i pressemeddelelsen.

»Områdernes højde er for det meste styret af, hvor tætte de er, og viskositeten af ​​den omgivende kappe.«

Undersøgt ved hjælp af jordskælv

Björn Holger Heyn er forsker ved Center for Jordens udvikling dynamiks ved Universitetet i Oslo. Han har skrevet en ph.d. om Large low-shear velocity provinces (LLSVP).

Det vigtigste kendetegn ved disse strukturer er, at seismiske bølger kaldet 'shear waves' eller S-waves bevæger sig langsommere gennem disse områder end i den omliggende kappe.

»Man kan bruge seismiske bølger udsendt fra store jordskælv, som går gennem Jorden, til at undersøge Jordens indre. Så ser man, at der er to områder på størrelse med et kontinent, hvor bølgerne bevæger sig meget langsommere, end man vill forvente,« siger Björn Holger Heyn til forskning.no, Videnskab.dk's norske søstersite.

Temperaturforskel eller forskellig sammensætning

Björn Holger Heyn siger, at der er to hovedteorier for, hvad der skaber de lave hastigheder.

»Den ene er, at disse strukturer er varmere end gennemsnittet i kappen, hvilket betyder, at der er tale om varmt og let materiale, der stiger op til overfladen.«

Den anden mulighed er, at materialet er kemisk forskelligt fra resten af ​​kappen.

»Hvis disse strukturer er kemisk forskellige fra resten af ​​kappen, vil de sandsynligvis have en højere tæthed. De er tungere end den gennemsnitlige kappe, og derfor bliver de der. Ellers ville de bare stige op, blive blandet og forsvinde.«

Siger noget om, hvordan de opfører sig

Materialet kan stamme fra subduktion. Det er, når en kontinentalplade presses ind under en anden plade og presses ind i kappen. Strukturerne kan også være dannet, kort efter Jorden blev dannet.

Björn Holger Heyn synes, det nye studie er interessant.

»Et af de vigtigste fund i det nye studie er, at hvis strukturen under Afrika er meget højere end den i Stillehavet, kan den være mindre tæt.«

Det siger noget om, hvordan de kan opføre sig.

»Hvis materialet er meget, meget tæt, vil det forblive mere eller mindre som et lag på bunden af ​​kappen, fordi det er for tæt til at deltage i bevægelse i kappen. Hvis de kun er lidt tættere end den gennemsnitlige kappe, kan de være en aktiv del af konvektionen og kan stige eller synke afhængigt af, hvordan de er sammenlignet med den omliggende kappe.«

Tætheden siger noget om, hvor stabile eller varige strukturerne er.

»Hvis den afrikanske ikke er så tæt længere, eller aldrig har været så tæt, så kan det være, at den er mere aktivt involveret i konvektionen og kan forsvinde i fremtiden.«

Knyttet til vulkansk aktivitet

- Påvirker disse strukturer overfladen på nogen måde?

»De har en effekt, fordi de er med til at organisere mønstre i konvektionen i kappen,« siger Björn Holger Heyn.

»De kan påvirke, hvordan pladerne bevæger sig på overfladen, hvor vi kan have subduktion, og hvor plader bryder væk.«

LLSVP'erne ser også ud til at være forbundet med vulkansk aktivitet.

De fleste hotspots, som er varmeområder i Jordens kappe, hvor en varm opstrømning bringer magma (lava) mere konstant til vejrs, befinder sig over LLSVP'erne, især langs kanterne, ifølge et studie publiceret i Tectonophysics i 2019.

Hawaii-øgruppen ligger for eksempel ved et hotspot.

I løbet af Jordens historie har der også været flere tilfælde af enorm vulkansk aktivitet, hvor store områder er dækket af lava. Flere af disse hændelser falder sammen med masseudryddelser.

»Man mener, at de fleste af disse forekommer i kanterne af disse store strukturer under Stillehavet og Afrika,« siger Björn Holger Heyn.

Se for eksempel dette norskledede studie fra 2006.

Kan påvirke planetens udvikling

Der er stadig meget at finde ud af om LLSVP'erne.

»Et vigtigt spørgsmål, der stadig ikke er godt besvaret, er, om de bliver i samme position, eller om de bevæger sig rundt.«

»Det andet spørgsmål er, hvor stabile de er. Om disse strukturer dannes og forsvinder, eller om de er dannet for længe siden og nu begynder at blive ustabile. Det kan alt sammen påvirke, hvordan konvektion vil forekomme i Jorden nu og i fremtiden. De kan påvirke, hvordan hele planeten vil udvikle sig i fremtiden.«

©Forskning.no. Oversat af Stephanie Lammers-Clark. Læs den oprindelige artikel her.