Amikor a földkéreg egy erős földrengés során megreped, a szeizmikus hullámok az egész bolygón átfuthatnak. A szeizmológusok gondosan figyelemmel kísérik, hogyan gyorsulnak vagy lassulnak ezek a hullámok, amikor áthaladnak a különböző kőzetrétegekben és visszaverődnek azokról, és ezeket röntgensugarakként használják, hogy képet alkossanak a mély szerkezetéről.
Nemrégiben több mint 5000 földrengés adatait felhasználva a kutatók elkészítették az eddigi legjobb térképet a Föld felszíne alatt 2900 kilométerrel található régióról, ahol a köpeny találkozik a maggal. Az eredmények feltárják, hogy a tektonikus lemezek darabjai, amelyeket több száz millió évvel ezelőtt eltemetett a köpeny, hogyan torlódnak fel a mag határán, és hogyan indítanak el a köpeny legmélyebb részében kőzetáramlásokat. „Ez megmutatja, miért érdemes a köpenyrendszert egészében szemlélni” – mondja Jonathan Wolf, a Berkeley Egyetem szeizmológusa, aki december 16-án prezentálta a kutatást az Amerikai Geofizikai Egyesület éves ülésén.
A mag és a köpeny határa nem egy sima felület, ahogy gyakran ábrázolják a tankönyvekben. Korábbi szeizmikus vizsgálatok a Mount Everestnél százszor magasabb struktúrákat tártak fel a mélyben: két rendkívül forró csomót, amelyek a magból nyúlnak ki, és amelyeket nagy alacsony nyírási sebességű tartományoknak neveznek a szakértők. Körülöttük kisebb, hegyekhez hasonló zónák csoportosulnak, amelyek lassítják a szeizmikus hullámokat, és amelyek a mag-köpeny határ mentén felhalmozódott szubdukciós lemezek „temetői” lehetnek.
A szeizmikus adatok azt is megmutatták, hogy a köpeny alsó részeiben hogyan rendeződnek el az ásványi kristályok. Az úgynevezett szeizmikus anizotrópia jelezheti a nagyobb áramlásokat a régióban, amelyek deformálják a kőzeteket, és felhasználható a köpenyben a lemeztektonikát működtető lassú konvektív minták feltérképezésére is. De a köpeny alján a szeizmikus anizotrópia mérése jelentős kihívást jelent. A megfelelő irányú szeizmikus hullámok nem túl gyakoriak, és amikor éppen jó szögben haladnak át a Földön, és elkerülik a magot, a zajos felső köpeny akadályozza a méréseket. Az sem segít a munkában, hogy az adatok általában több tucat, a világ különböző pontjain található szeizmológiai központból származnak. Így hiába készülnek nagyon szép modellek a Föld belsejéről, szeizmológusként nagyon nehéz megerősíteni, hogy ezek helyesek-e vagy sem, mondja Wolf.
A teljesebb kép érdekében Wolf és kollégái 1995 óta mintegy 5300 olyan földrengés szeizmikus adatait katalogizálták, amelyek elég erősek voltak ahhoz, hogy lökéshullámokat küldjenek a bolygó egészének belsejébe. A finom sebességi eltérések feltérképezésével olyan képet alkottak, amely helyenként százszor több szeizmikus információt tartalmaz, mint a korábbi vizsgálatok. Olyan részletes anizotrópia-mintákat rögzítettek a köpeny legalsó részein is, amire eddig nem volt példa.
Az új térképen a köpeny legalsó részén áramló kőzetek komplex mintázata rajzolódik ki. Wolf szerint ennek több oka is van, de az áramlatok a többsége olyan helyeken van, ahol az ősi szubdukciós lemezek feltehetően elérték a magot, majd oldalirányban szivárogtak tovább. „A látott anizotrópia nagy része biztosan ezekhez a lemezmaradvány-zónákhoz kapcsolódik” – mondja Wolf.
Bár nagy léptékben ezek az elsüllyedt lemezek tűnnek dominánsnak, a térkép más, lokalizáltabb mintázatokat is feltár. A kutatók például úgy találták, hogy Ázsia alatt van egy szokatlanul forró régió, az úgynevezett Perm-anomália, amely felfelé áramló kőzetekkel van körülvéve. Ez a zóna egykor nagy vulkáni komplexumokat táplálhatott, köztük egy sor hatalmas kitörést, amelyek 252 millió évvel ezelőtt a perm korszaki tömeges kihalásához vezettek. Wolf szerint a térkép további finomítása megerősítheti a kapcsolatot a Föld mélye és a felszíni jelenségek között, mint például a még mindig rejtélyes forrópont-vulkanizmus forrásait olyan helyeken, mint Yellowstone és Hawaii.
