8 دقیقه
چیزی در عمق زیر قارهٔ جنوبگان در حال تغییر است و اثر آن گرچه ظریف، اما تقریباً شاعرانه است: یک فرورفتگی جزئی در میدان گرانشی زمین طی دهها میلیون سال بهتدریج عمیقتر شده است. زیر پا آن را احساس نخواهید کرد و از هواپیما نیز دیده نمیشود. اما وقتی ژئوفیزیکدانان میدان گرانشی سیاره را — جیوئید — ترسیم میکنند، این ناحیه بهعنوان یکی از پایدارترین فرورفتگیها برجسته میشود و پژوهشی جدید نشان میدهد که این فرورفتگی در حال تقویت است، زیرا فرآیندهای آهستهٔ گوشته زمین بهتدریج ساختار سیاره را از درون بازآرایی میکنند.
خواندن اشکال پنهان زمین
جیوئید یک سطح انتزاعی است: تصور کنید سطح میانگین دریای جهانی که بر فراز قارهها کشیده شده است. جیوئید بازتاب میدان گرانشی است نه توپوگرافی سطحی، بنابراین نشاندهندهٔ ناهمگونیهای جرمی زیر پوسته است — مناطقی که سنگهای چگالتر یا سبکتر کشش بیشتری یا کمتری بر اجسام روی سطح وارد میآورند. این تفاوتها در زندگی روزمره بسیار کوچکاند (مثلاً وزن نمایش دادهشده روی ترازو ممکن است چند گرم جابهجا شود)، اما برای زمینشناسان، این اختلافات ابزار تشخیصی قدرتمندی برای فهم رفتار گوشته و لیتوسفر عمیق به شمار میروند. از دیدگاه مطالعات ژئودینامیک و ژئوفیزیک، جیوئید معرف تغییرات جرم داخلی و جریانهای حرارتی و دینامیکی درونی زمین است که بر سطح و دریاها اثری غیرمستقیم دارند.
الساندرو فورته از دانشگاه فلوریدا و پِتار گلیشوویک از مؤسسهٔ فیزیک زمین پاریس مسئله را با دو ابزار مکمل بررسی کردند. نخست، آنها از توموگرافی لرزهای استفاده کردند — روشی که در آن موجهای زلزله هنگام عبور از مادههای مختلف سرعتشان تغییر میکند — تا یک مدل سهبعدی چگالی از گوشتهٔ زیر جنوبگان بسازند. این مدل را میتوان مانند سیتیاسکنی از سیاره تصور کرد که در آن زلزلهها پرتوهای روشنکنندهاند. سپس آنها آن مدل چگالی را در شبیهسازیهای مبتنی بر فیزیک جریان گوشته و محاسبهٔ میدان گرانشی قرار دادند تا جیوئید را در طول زمان عمیق بازسازی کنند.
نتایج با دادههای معاصر گراویمتری ماهوارهای بهطور چشمگیری مطابقت دارد. این توافق به پژوهشگران اطمینان میدهد که مدل آنها آناتومی بنیادی فرورفتگی جیوئیدی اطراف جنوبگان را بهخوبی ثبت کرده است. بر مبنای این نقطهٔ شروع، آنها یک بازپخش ژئودینامیکی انجام دادند: اجرای مدل جریان گوشته بهصورت معکوس برای بررسی چگونگی تکامل فرورفتگی گرانشی از اوایل سنوزوئیک، تقریباً 70 میلیون سال پیش، و سپس پیشروی دوباره برای آزمایش اینکه آیا مدل به جیوئید کنونی بازمیگردد یا خیر. این روش ترکیب بین شواهد لرزهای، دینامیک گوشته و مشاهدات ماهوارهای را تقویت میکند و امکان بررسی پیوستگی شاهدهای سطحی و درونی را فراهم میآورد.
چگونه فرورفتگی گرانشی شکل میگیرد و چرا اهمیت دارد
تصویری که پدیدار میشود، تصویری از دگرگونی تدریجی است. در نزدیکی جنوبگان فرورفتگی گرانشی دستکم از 70 میلیون سال پیش وجود داشته است، اما شکل و شدت آن حدود 50 میلیون سال پیش بهطور محسوسی تغییر کرد. مطابق شبیهسازیها، ورقههای سنگی کف اقیانوس مانند قالیچههایی پیوسته بهصورت فرورفته — سابداکشن — وارد گوشته زیر و اطراف جنوبگان شده و فرو رفتهاند. این ورقههای سنگین و فرو رونده توزیع جرم در گوشتهٔ عمیق را دگرگون کردند و در سطح یک فرورفتگی جیوئیدی پایدار ایجاد نمودند. این چگالیهای موضعی و تغییرات جرمی در عمق باعث شدند تا میدان گرانشی سطحی در آن پهنه به صورت یک ناودیس ماندگار ظاهر شود.
در همان زمان، یک نوار گسترده از مادهٔ گوشتهٔ داغ و شناور زیر این ناحیه بالا آمد و طی حدود 40 میلیون سال گذشته بهتدریج نفوذ و تأثیر خود را افزایش داد و باعث تقویت فرورفتگی جیوئیدی شد. مدل همچنین رکوردهای «سرگردانی حقیقی قطب» یا True Polar Wander — بازآرایی آهستهٔ محور چرخش زمین نسبت به پوستهٔ جامد — را بازتولید میکند که کنترل دیگری بر صحت و قابلیت اعتماد مدل فراهم میآورد. با همترازی با دادههای گرانشی ماهوارهای و تاریخچهٔ دیرینهچرخشی، مطالعهٔ موردنظر جریان همرفتی در گوشته را به مشاهدات سطحی و رکوردهای پالئوروتاسیون بهطور هماهنگ پیوند میدهد.
چرا کسی باید به یک فرورفتگی ظریف گرانشی زیر یخهای جنوبگان اهمیت دهد؟ چرا که جیوئید شکل سطح دریا را کنترل میکند. هرگاه جیوئید پایینتر باشد، معمولاً سطح اقیانوس نیز در همان منطقه پایینتر مینشیند. این موضوع یک احتمال جذاب را مطرح میکند: افت محلی جیوئید در مجاورت جنوبگان ممکن است سطح دریایی محلی را کاهش داده باشد و شرایط ساحلی و خط پایهٔ یخچالها را در زمانی حساس از تاریخ اقلیم زمین تغییر داده باشد. زمانبندی این تغییرات با گامهای مهم در یخزایی جنوبگان همزمان است — صفحههای یخی حدود 34 میلیون سال پیش بهطور جدی گسترش یافتند — بنابراین گرچه رابطهٔ علیت اثباتشده نیست، پیوند میان آنها محتمل بوده و شایستهٔ آزمون است.
این پژوهش نشان میدهد که رقص آرام ورقههای فروشونده و بالاآمدگیهای شناور گوشته میتواند ردپاهایی بر سطح دریا و رفتار صفحههای یخی برجای بگذارد، حتی اگر این اثرها ظریف بوده و طی دهها میلیون سال آشکار شوند.
پیامدها، ابزارها و جهتگیریهای آینده
این مطالعه ارزش یکپارچهسازی تصویربرداری لرزهای، گراویمتری ماهوارهای و مدلسازی فیزیکی گوشته را برجسته میکند. مأموریتهای ماهوارهای مانند GRACE و جانشینان آن توانایی ما را در نقشهبرداری میدان گرانشی زمین متحول کردهاند. شبکههای لرزهای نمای مکملی از داخل زمین فراهم میآورند. ترکیب این دادهها به دانشمندان اجازه میدهد تا آزمون کنند آیا فرآیندهای عمیق زمین که از ناهمگونیهای سرعتی لرزهای استنتاج میشوند، سیگنال گرانشی و حرکتهای دیرینهٔ قطبی ثبتشده در سنگها و رسوبات را نیز پیشبینی میکنند یا خیر.
برای یخشناسان و پژوهشگران سطح دریا، پیامدها دوگانه است. نخست، تغییرات جیوئید ناشی از جریان گوشته یک مؤلفهٔ غیرقابلچشمپوشی از تاریخچهٔ منطقهای بلندمدت سطح دریا است و باید همراه با عوامل اقلیمی مانند ذوب یخها و انبساط حرارتی در نظر گرفته شود. دوم، چون جریان گوشته در مقیاسهای زمانی میلیونها سال عمل میکند، تأثیر آن بیشتر به مطالعات زمینشناختی و اقلیم عمیق مربوط میشود — اما میتواند مدلهای پایداری صفحات یخی را نیز با اصلاح شرایط مرزی پایهای اطلاعرسانی کند. بهعبارت دیگر، جیوئید و دینامیک گوشته میتوانند چارچوب مرزیای را فراهم کنند که در آن تغییرات اقلیمی و فرایندهای یخی عمل میکنند.
کارهای آینده باید چارچوب زمانی و مکانی و همچنین مکانیسمها را دقیقتر کنند. آیا مدلهای گوشته با دقت بالاتر و مجموعهدادههای لرزهای بهبودیافته میتوانند زمانها و مکانهایی که جیوئید بیشترین تغییر را داشته دقیقاً مشخص کنند؟ آیا رکوردهای رسوبشناسی و سواحل فسیلی در پیرامون جنوبگان میتوانند افتهای سطح دریای محلی پیشبینیشده را تأیید کنند؟ اینها پرسشهایی آزمایشیپذیرند. ابزارها و زیرساختهای لازم برای چنین آزمونهایی موجودند؛ مسأله صرفاً پالایش ورودیها، افزایش وضوح، و همگرا کردن مجموعهدادههای گوناگون است تا تصویر منسجمتری از تعامل میان گوشته، سطح دریا و یخچالهای قطبی بهدست آید.
دیدگاه یک متخصص
«آنچه برایم جذابترین است»، دکتر لِینا مورنو، متخصص ژئودینامیک که با این مطالعه همکاری نداشته است میگوید، «زنجیرهٔ علیتی است که نویسندگان پیشنهاد میکنند: فرورفتن ورقهها، بازآرایی گوشته، تغییر جیوئید و سپس تأثیرات احتمالی بر سطوح دریایی محلی و رفتار صفحههای یخی. هر حلقهٔ این زنجیره دارای عدم قطعیتهایی است، اما روششناسی مشاهدهها و نظریه را بهصورتی قانعکننده پیوند میدهد. این یادآوری است که بخش جامد زمین همکار آهسته اما فعالی در سامانهٔ اقلیمی زمین است.»
کوچک در ظاهر، بزرگ در پیامد: «حفرهٔ گرانشی» جنوبگان یادآور این است که درون زمین حرکت میکند و این حرکات در اقیانوسها و یخها موج ایجاد میکنند. سوالات متعددی هنوز بیپاسخاند — اما هرچه عمیقتر بنگریم، بیشتر درمییابیم که درون سیاره دارد داستانهای سطحی را که تلاش میکردهایم بخوانیم توضیح میدهد.»
منبع: sciencealert
نظرات
مهدی
راستش تو پروژههای محلی دیدم سابداکشن گاهی رد قوی از خودش میذاره، این مقاله یادآوری خوبی بود، یه سری نکات باید بیشتر بررسی شن
لابکور
ترکیب لرزهنگاری و گراویتی منطقیه، ولی هنوز معلوم نیست دقیقا چقدر روی مدلهای یخچالی اثر داشته؛ مرحله بعدی مهمه.
کوینیکس
واقعاً میشه گفت این فرورفتگی جیوئیدی باعث تغییر سطح دریا شده؟ یا صرفاً همزمانی؟ باید دادههای ساحلی بیشتری ببینیم
روادکس
وااای، این تصویر آرام از درون زمین خیلی شاعرانهست... حس میکنم یه داستان قدیمی رو شنیدم.
ارسال نظر