Obrazowanie trójwymiarowe ujawnia tajemnice skrywane pod dnem mórz i oceanów
Wzdłuż grzbietów śródoceanicznych dochodzi do rozchodzenia się płyt tektonicznych i formowania skorupy oceanicznej w wyniku procesów magmowych zachodzących w jej wnętrzu i u jej podstawy. Uważa się, że istnieje silny związek pomiędzy wspomnianymi procesami magmowymi a względnie lokalnymi procesami wulkanicznymi, tektonicznymi i hydrotermalnymi. Jednak „charakter tej zależności pozostaje w dużej mierze niezbadany” – mówi dr Milena Marjanovic, specjalistka z dziedziny geofizyki morskiej i beneficjentka indywidualnego stypendium Marie S. Curie jako główny badacz finansowanego z funduszy unijnych projektu 3DWISE. „Przyjrzeliśmy się tym oddziaływaniom, aby udzielić odpowiedzi na podstawowe i od dawna zadawane pytania z dziedziny nauk o Ziemi, które dotyczą mechanizmów leżących u podstaw przyrostu skorupy oceanicznej, cyrkulacji hydrotermalnej i podmorskich wybuchów wulkanów”. Sedno problemu kryje się w słabo opisanych właściwościach górnej części skorupy, gdzie zachodzi wspomniana zależność i związane z nią procesy. Odkrywając tajemnice wewnętrznych warstw Ziemi Aby zdefiniować te właściwości, zespół inicjatywy 3DWISE wykorzystał pełną inwersję form falowych w 3D (3D full waveform inversion, 3D FWI) – najnowocześniejszą technologię opracowaną przez przemysł naftowy i gazowy, która przypomina badanie rentgenowskie lub rezonans magnetyczny wykorzystywane w medycynie. Technologię tę zastosowano na dostępnych zbiorach danych sejsmicznych wysokiej jakości, zebranych wzdłuż jednego stoku Grzbietu Wschodniopacyficznego (EPR) – grzbietu śródoceanicznego znajdującego się na dnie Oceanu Spokojnego. EPR cechuje się znaczną aktywnością hydrotermalną, a w jego obrębie udokumentowano dwa wybuchy wulkanów oraz prowadzono cykliczne pomiary wielodyscyplinarne unikalne w skali globalnej. Niestety brakuje nam wiedzy dotyczącej przepływów hydrotermalnych wody morskiej, która przenika przez skorupę ziemską, oraz jej wpływu na inne procesy zachodzące wewnątrz tej części litosfery. Naukowcy zbadali właściwości skorupy ziemskiej wieku zerowego na Grzbiecie Wschodniopacyficznym w lokalizacji o współrzędnych od 9º16’N do 9º56’N, wykorzystując nowoczesne techniki geofizyczne. Zobrazowano szereg nieprawidłowości o małej prędkości i powiązano je z obecnością wschodzących i opadających przepływów hydrotermalnych w płaszczyźnie osiowej tego szybko rozrastającego się grzbietu. Następnie partnerzy projektu porównali uzyskane wyniki z dostępnymi zbiorami danych. Wyniki badań wskazują, że oddziaływania pomiędzy procesami tektoniczno-magmowymi i hydrotermalnymi nie mają charakteru bezpośredniego, ponieważ zachodzą w różnych skalach czasowych. Co więcej, badacze odkryli, że wysoka przepuszczalność skorupy ziemskiej oraz wysoka temperatura muszą zaistnieć w tym samym czasie i przestrzeni, aby doprowadzić do powstania, utrzymania się i stymulacji intensywnego przepływu hydrotermalnego o wysokiej temperaturze. Górną część skorupy ziemskiej na EPR tworzą bazalty (warstwa 2A) i dajki (2B). W modelach prędkościowych granicę pomiędzy warstwami 2A i 2B charakteryzuje gradient prędkości wynikający z różnic w porowatości. Geologiczna natura wspomnianego gradientu pozostaje tematem dyskusji. Ze względu na ograniczoną liczbę danych dotyczących prędkości w górnej części skorupy ziemskiej, nie jest jasne, czy przyczyną tego zjawiska jest fizyczne gęstnienie warstwy wylewnej czy też rozchodzące się do wewnątrz pękanie warstwy czołowej pod wpływem czynników hydrotermalnych. Członkowie zespołu zastosowali elastyczną metodę 3D FWI na zbiorze trójwymiarowych danych sejsmicznych pochodzących z EPR. Otrzymane rezultaty dowodzą, że umiejscowienie skał wylewnych, różnice w ich miąższości, a także prędkość osadzania się dajki zależy przede wszystkim od warunków i procesów tektoniczno-magmowych w pobliżu osi grzbietu. Przełomowe obrazy wierzchniej warstwy skorupy oceanicznej w 3D Ponadto naukowcy uczestniczący w projekcie 3DWISE dostarczyli precyzyjnego, trójwymiarowego obrazu osiowej soczewki magmowej o szerokości około 1 km, zlokalizowanej na głębokości około 1,5 km poniżej dna morskiego. Zdaniem dr Marjanovic, to pierwszy trójwymiarowy obraz górnej części skorupy oceanicznej o wysokiej rozdzielczości. Zrozumienie procesu powstawania skorupy ziemskiej w warunkach rozchodzenia się płyt oceanicznych pozwoli nam zgłębić naszą wiedzę o zachowaniu płyt tektonicznych dalej od osi grzbietu i w strefach subdukcji. „Strefy te są szczególnie ważne, ponieważ to właśnie w nich miały swój początek ogromne trzęsienia ziemi i śmiercionośne tsunami, z których część zyskała miano największych klęsk żywiołowych w historii ludzkości” – podsumowuje dr Marjanovic.
Słowa kluczowe
3DWISE, dno mórz i oceanów, skorupa oceaniczna, grzbiet śródoceaniczny, tektonika płyt, pełna inwersja form falowych w 3D, Grzbiet Wschodniopacyficzny
