وقتی داگ وینز به کشاورزان مینه‌سوتا نزدیک شد تا اجازه نصب یک لرزه‌سنج را در زمین‌هایشان بخواهد، اغلب نگاهی متحیر به خود می‌گرفت. وینز، استاد علوم زمین و علوم سیاره‌ای در هنر و علوم در دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، گفت: «می‌توان گفت که آنها به این فکر می‌کردند که چرا اینجا یک لرزه‌سنج می‌گذاری؟» "ما زلزله نداریم و آتشفشان نداریم. آیا چیزی می دانید که ما نمی دانیم؟""
در واقع، او این کار را کرد.در اعماق زمین کشاورزی مسطح حاصلخیز، زخم بزرگی در زمین به نام شکاف قاره میانی وجود دارد. این ویژگی باستانی و پنهان گواه خاموش زمانی است که هسته مرکزی آمریکای شمالی تقریباً از هم پاشیده شد. اگر شکاف U شکل کامل می شد، زمین بین بازوهای آن - شامل حداقل نیمی از آنچه که اکنون غرب میانه نامیده می شود - از آمریکای شمالی دور می شد و اقیانوس بزرگی را پشت سر می گذاشت.
Weisen Shen، همکار تحقیقاتی فوق دکتری با Wiens، تصاویر لرزه ای از شکاف را در نشست سالانه انجمن زمین شناسی آمریکا (GSA) 25 تا 28 سپتامبر ارائه خواهد کرد. این تصاویر با تجزیه و تحلیل داده های Earthscope، یک برنامه بنیاد ملی علوم (NSF) که هزاران ابزار لرزه نگاری را در 10 سال گذشته در سراسر آمریکا مستقر کرده است، ساخته شده است.
این چیه؟
شکاف قاره میانی توسط ژئوفیزیکدانانی کشف شد که متوجه شدند گرانش در برخی از بخش‌های غرب میانه فوقانی نسبت به مناطق دیگر قوی‌تر است.در دهه‌های 1950 و 1960، آنها گرانش و ناهنجاری‌های مغناطیسی را با سنسورهای موجود در هوا ترسیم کردند. شن در جلسه ای در GSA اختصاص داده شده به بیل هاینز، ژئوفیزیکدانی که به کشف و نقشه برداری شکاف قاره میانی کمک کرد، مشارکت می کند.
اما درک این شکاف تا سال 2003 متوقف شد، زمانی که NSF بودجه Earthscope را تأمین کرد، برنامه ای که مأموریت آن استفاده از آمریکای شمالی به عنوان یک آزمایشگاه طبیعی برای به دست آوردن بینش در مورد نحوه عملکرد زمین است.
به عنوان بخشی از Earthscope، موسسات تحقیقاتی گنجانده شده برای لرزه‌شناسی (IRIS) شبکه‌ای از ۴۰۰ لرزه‌سنج به نام USArray را نصب کردند که در سراسر ایالات متحده از غرب به شرق می‌چرخید و دو سال قبل از هر مکان داده‌ها را جمع‌آوری می‌کرد. حرکت کردن USArray از سال 2004 در ساحل غربی نصب شد و تا سال 2010 به غرب میانه پیش رفت.
Earthscope همچنین مجموعه‌ای از لرزه‌سنج‌ها به نام آرایه انعطاف‌پذیر را برای آزمایش‌های میدانی متمرکزتر در دسترس قرار داد. کنسرسیومی از دانشگاه ها، از جمله دانشگاه واشنگتن در سنت.لوئیس، 83 مورد از این ایستگاه ها را در امتداد و در سراسر شکاف در سال 2011 نصب کرد و یک آرایه متراکم به نام SPREE ایجاد کرد.
تلسکوپی که به پایین نگاه می کند
لرزه شناسان پیش از این هرگز نتوانسته بودند به این روش چشم انداز را با لرزه سنج ها بپوشانند، و بنابراین USArray نوآوری های بسیاری را در دستکاری داده های لرزه ای برای استخراج اطلاعات در مورد پوسته زمین و گوشته بالایی تحریک کرده است.
تفسیر لرزه ای یک نسخه خاردار از چیزی است که مسئله معکوس نامیده می شود. اگر درون زمین ترکیب یکنواختی داشت، امواج لرزه ای در خطوط مستقیم حرکت می کردند. اما در عوض، ساختارهای زیرزمینی یا اختلاف دما و چگالی آنها را شکسته و منعکس می کنند. مشکل این است که از نظر ریاضی بفهمیم کدام انسداد می تواند موجی را ایجاد کند که لرزه نگارها ثبت کرده اند.
کمی شبیه تلاش برای کشف شکل یک جزیره در یک برکه با پرتاب سنگریزه به دریاچه و ثبت امواجی است که به ساحل می رسد.
جادوگر داده در تیم دانشگاه واشنگتن شن است که تکنیک‌های جدیدی را برای ترکیب انواع بسیاری از داده‌های لرزه‌شناسی برای ایجاد تصاویر واضح‌تر از داخل زمین ابداع کرده است.
کشاورزان در مینه‌سوتا وقتی به این فکر می‌کنند که «حسگر زلزله» در منطقه‌ای که هیچ زلزله‌ای وجود ندارد، چه چیزی را می‌تواند تشخیص دهد. پاسخ این است که لرزه‌سنج‌ها زمین‌لرزه‌های دوردست، مانند زمین‌لرزه‌های حلقه آتش اقیانوس آرام در طرف مقابل سیاره، و سر و صدای محیط، ناشی از فعالیت‌هایی مانند طوفان‌های قدرتمندی که به ساحل جرسی می‌خورند، ثبت می‌کنند.
شن این ترکیب را با چندین اندازه گیری دیگر چاشنی کرده است که می توان از رکورد لرزه ای نیز استخراج کرد. با معکوس کردن همه این توابع داده به طور همزمان در چارچوب آماری بیزی، او قادر است تصاویر بسیار واضح تری از داخل زمین نسبت به یک نوع داده به تنهایی به دست آورد، همراه با تخمین هایی از احتمال درست بودن تصاویر.
نه فقط یک اسکار، یک اسکار کلوئید
دانشمندان در مورد شکاف چه آموخته اند؟
مایکل ویسیسون، استاد علوم زمین و سیاره‌شناسی و یکی از اعضای تیم SPREE، می‌گوید: «وقتی یک قاره را مانند یک تکه تافی جدا می‌کنید، شروع به کشیده شدن و نازک شدن می‌کند. "و همانطور که فرو می رود، شیب با رسوبات کم چگالی پر می شود.
"بنابراین اگر با یک حسگر گرانش از شکاف عبور کنید، انتظار دارید که یک ناهنجاری گرانشی منفی پیدا کنید. جرم باید وجود نداشته باشد. اما این چیزی نیست که در مورد شکاف قاره میانی اتفاق افتاد. به جای اینکه نازکتر از پوسته اطراف باشد. ضخیم تر است.
"ما می دانیم که گدازه در شکاف ها بیرون می آید." به عنوان مثال، منطقه شکاف شرق آفریقا شامل تعدادی آتشفشان فعال و خاموش است، مانند کوه کلیمانجارو. اما شکاف قاره میانی غرق در گدازه شد و همانطور که زیر وزن سنگ سرد بازالتی فرو رفت، گدازه های بیشتری سرازیر شد. به افسردگی
"حجم عظیمی از گدازه در اینجا فوران کرد،" ویسیسون گفت. "شاید این بزرگترین خروج گدازه در تاریخ سیاره ما بود. و سپس، پس از پایان فوران ها، منطقه توسط رویداد کوه سازی در شرق آن فشرده شد، و با فشردن آن به صورت افقی، جای زخم ضخیم تر شد..
شن تصاویری از شکاف ایجاد شده با داده های USArray را در مجله تحقیقات ژئوفیزیکی 2013 منتشر کرد. اما در آن زمان، او فقط پوشش کمی در مجاورت شکاف داشت. در نشست GSA در سال 2016، او تصاویری را ارائه خواهد کرد که با داده‌های USArray و SPREE (به ویژه بسیاری از "عملکردهای گیرنده" بیشتر، نوعی از داده‌های لرزه‌ای که به‌ویژه به مرزهای لرزه‌ای حساس است) ساخته شده‌اند که آنچه را در زیر شکاف وجود دارد به وضوح نشان می‌دهد.
مایل ها زیر سطح زمین، یک مرز لرزه ای به نام ناپیوستگی موهورویچیچ یا موهو وجود دارد. در موهو، امواج لرزه ای به مواد با چگالی بالاتر برخورد کرده و ناگهان شتاب می گیرند. شن گفت، اما در زیر شکاف، موهو به جای تیز بودن، تار است.او گفت: «ساختار آن تخریب شده است.»
او همچنین شواهدی از چیزی به نام زیرآبکاری ماگمایی می بیند. او گفت: «ما فکر می‌کنیم که ماگما ممکن است در موهو یا درون پوسته در حین بالا آمدن آن به سطح به دام افتاده باشد یا متوقف شده باشد. این ممکن است توضیح دهد که چرا Moho تا این حد مختل شده است، اگرچه شن می تواند به توضیحات جایگزین فکر کند و انتظار دارد که بحث های پر جنب و جوشی در GSA وجود داشته باشد.
او تصاویر شکاف قاره میانی ساخته شده با آرایه SPREE را با تصاویر شکاف ریو گراند که با آرایه لرزه ای مشابهی به نام La Ristra ساخته شده است مقایسه می کند. تصاویر La Ristra نشان می دهد که شکاف ریو گرانده نازک تر از پوسته اطراف است، نه ضخیم تر. موهو شفاف است و به جای اینکه در زیر شکاف فرو رود بالا می رود.
شن گفت: "فکر می کنم ما در حال بررسی مراحل مختلف ریفتینگ هستیم." Rio Grande Rift هنوز فعال است، هنوز باز است، اما Midcontinent Rift قبلاً مرده است و بسته شده است.
Wiens اظهار داشت که ریزش عظیم ماگما در شکاف قاره میانی نیز ممکن است ساختار آن را مختل کرده باشد و آن را از شکاف های دیگر متفاوت به نظر برساند.
شن گفت: «هدف من ارائه مدل‌های لرزه‌ای پایه از مناطق زمین ساختی جالبی مانند این است که زمین‌شناسان، ژئوشیمی‌دانان و دانشمندان رشته‌های دیگر از آن استفاده کنند - برای کمک به آنها در تفسیر نتایج خود و همچنین کمک به عموم مردم. برای درک بهتر داستان سرزمینی که در آن زندگی می کنند."
Rural Minnesota در حال حاضر سوار است. وینز گفت: «برخی از مالکان کاملاً به کاری که ما انجام می‌دادیم علاقه داشتند. "ما وارد یکی دو روزنامه شهر کوچک شدیم. "فلانی اکنون در مزرعه خود یک لرزه سنج دارد"، تیتر آن می‌خواند."
