يولد كل زلزال قوي موجات زلزالية تتخلل الكوكب بأكمله. ومن خلال مراقبة توزيعها بعناية، من الممكن دراسة باطن الأرض، كما لو كان ذلك باستخدام الأشعة السينية.

وبعد تحليل بيانات من أكثر من 5000 زلزال، قام الباحثون بتجميع ما يقولون إنها الصورة الأكثر تفصيلاً حتى الآن لطبقة تقع على عمق 2900 كيلومتر تحت سطح الأرض، حيث يلتقي الوشاح العميق بالنواة الخارجية. ويوضح كيف أن أجزاء من الصفائح التكتونية، التي امتصتها الوشاح منذ مئات الملايين من السنين، تتراكم على ما يبدو على سطح اللب ثم “تنتشر” عبره، مما يولد تدفقات صخرية.

يوضح عالم الزلازل جوناثان وولف من جامعة كاليفورنيا في بيركلي، الذي قدم هذا البحث: “يعطينا هذا مفتاحًا لفهم نظام الوشاح ككل”. يذاكر في الاجتماع السنوي للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي.

مقابر الألواح الغارقة

إن الحدود بين قلب الأرض ووشاحها ليست سطحًا أملسًا، كما يتم تصويرها غالبًا في الكتب المدرسية. كشفت الدراسات الزلزالية السابقة عن هياكل عملاقة أطول 100 مرة من جبل إيفرست: “فقاعاتان” ساخنتان بشكل غير طبيعي تبرزان من القلب – ما يسمى مساحات واسعة ذات معدل قص منخفض. وتتجمع حولها مناطق أصغر تشبه الجبال تعمل على إبطاء الموجات الزلزالية وقد تمثل “مقابر” للصفائح التكتونية المدفونة والمتراكمة على سطح القلب.

تُظهر البيانات السيزمية أيضًا كيفية توجيه البلورات المعدنية في الطبقات السفلية من الوشاح. والحقيقة هي أن الموجة الزلزالية تنتقل عبر صخور معينة بشكل أسرع أو أبطأ، اعتمادًا على ما إذا كان مسارها يتطابق مع اتجاه البلورات. هذا تباين الزلزالية قد يشير إلى وجود تدفقات واسعة النطاق تعمل على تشويه الصخور ومحاذاة بلوراتها في اتجاه واحد. باستخدام هذه الميزة، من الممكن رسم خريطة لتيارات الحمل الحراري البطيئة في الوشاح والتي تحرك الصفائح التكتونية.

ومع ذلك، فإن قياس تباين الزلازل في الوشاح السفلي ورسم خرائط التدفقات المرتبطة به يمثل تحديًا. لا تنتقل الموجات الزلزالية في كثير من الأحيان عبر مسارات مريحة للعلماء، وعندما تخترق الأرض بالزاوية المطلوبة، وتنحني حول القلب، فإن الوشاح العلوي “الصاخب” يُحدث تداخلاً. ومما يزيد الوضع تعقيدًا أن البيانات اللازمة لتجميع مثل هذه الخرائط تأتي من العشرات من مراكز رصد الزلازل المنتشرة حول العالم. يبتكر علماء الديناميكا الجيولوجية نماذج جميلة لباطن الأرض، ولكننا كعلماء زلازل واجهنا صعوبة في تأكيد ما إذا كانت صحيحة أم لا، كما يقول وولف.

آلاف الزلازل

للحصول على صورة أكثر اكتمالا، قام وولف وزملاؤه بجمع بيانات زلزالية من حوالي 5300 زلزال منذ عام 1995 كانت قوية بما يكفي لإرسال موجات صادمة عبر الكوكب. ومن خلال رسم خرائط للتغيرات الدقيقة في السرعة، أنتجوا صورة تحتوي في بعض المناطق على معلومات زلزالية أكثر 100 مرة من المحاولات السابقة. وكان من الممكن تسجيل أنماط تفصيلية متباينة الخواص على مدى ثلاثة أرباع مساحة الوشاح السفلي، وهو ما يوفر، بحسب وولف، الصورة الأكثر اكتمالا لهذا الجزء من الأرض حتى الآن.

تكشف الصورة الجديدة عن نمط معقد من تدفقات الصخور عبر جزء كبير من الوشاح السفلي. وفقًا لوولف، لا يوجد سبب واحد لهذه الظاهرة، ولكن يتم ملاحظة العديد من هذه التدفقات حيث يُعتقد أن الصفائح المنغمسة القديمة قد وصلت إلى النواة ثم بدأت في التدفق على طولها. يقول عالم الزلازل: “جزء كبير من التباين الذي نراه يجب أن يرتبط على وجه التحديد ببقايا الصفائح”.

ما هو التالي

على الرغم من أن الصفائح المندسة تهيمن على المقياس الكبير، إلا أن الخريطة تكشف أيضًا عن هياكل أخرى أكثر محلية. على سبيل المثال، هناك منطقة ساخنة بشكل غير طبيعي أسفل آسيا تُعرف باسم الشذوذ البرمي محاطة بتيارات صخور صاعدة. قد تكون هذه المنطقة هي “جذر” عمود ساخن من النوع الذي كان يغذي مقاطعات بركانية كبيرة مثل سيبيريا ترابس، وهي سلسلة من الانفجارات الهائلة التي أدت إلى الانقراض الجماعي في العصر البرمي قبل 252 مليون سنة. ويأمل وولف أن يؤدي تحسين الخريطة بشكل أكبر إلى تعزيز العلاقة بين العمليات التي تحدث في أعماق الأرض والظواهر التي تحدث على سطحها، بما في ذلك تلك الغامضة مثل البراكين في يلوستون وهاواي.