دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی ,علمی، پژوهشی و فناوری

تشخیص کوچکترین ارتعاشات در زمین با فناوری محققان کالتک

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری به نقل از دانشگاه کالتک: محققان کالتک روش جدیدی را برای مطالعه ساختار زمین در اعماق زیر سطح، در مرز بین پوسته شکننده زمین و گوشته زیرین، منطقه ای به نام ناپیوستگی موهورویچیچ - به اختصار موهو - توسعه داده اند. این روش مانند گرفتن اولتراسوند، نحوه انعکاس امواج لرزه‌ای ناشی از زلزله از موهو را اندازه‌گیری می‌کند و از فناوری لرزه‌ای پیشرفته به نام سنجش صوتی توزیع شده (DAS) استفاده می‌کند.

این تحقیق در آزمایشگاه Zhongwen Zhan (PhD '14)، استاد ژئوفیزیک انجام شد. مقاله ای که این مطالعه را توصیف می کند در ژورنال Science Advances در 27 نوامبر ظاهر می شود.

تحقیقات ژان مدت‌هاست بر روی DAS متمرکز شده است، روشی برای تبدیل کابل‌های فیبر نوری مانند کابل‌هایی که اینترنت پرسرعت را به لرزه‌سنج‌های موقتی تبدیل می‌کنند. با DAS، محققان پرتوهای لیزر را به کابل های فیبر نوری پایین می فرستند. همانطور که زمین می لرزد (چه به دلیل زلزله یا برخی اختلالات دیگر مانند غوغای ترافیک)، نور لیزر از داخل کابل ها منعکس می شود. ژان و تیمش راه‌هایی را برای اندازه‌گیری این نور لیزر منعکس شده در طول کابل‌ها و استنباط اطلاعاتی درباره لرزش ایجاد کرده‌اند. بنابراین، کابل ها به عنوان آرایه هایی از صدها لرزه سنج عمل می کنند.

اکنون به رهبری دانشجوی فارغ التحصیل سابق جیمز آترهولت (دکتری 24)، این تیم از فناوری DAS برای تصویربرداری از عمق زیر سطح در مرز موهو استفاده کرده است.

هنگامی که یک زلزله رخ می دهد، امواج انرژی لرزه ای از مرکز آن، یعنی نقطه منشأ زلزله در زیر زمین، به بیرون تابش می کند. هنگامی که این امواج به موهو برخورد می کنند، مقداری از آن انرژی به همان شکلی که نور خورشید از سطح دریاچه یا استخر پراکنده می شود، باز می گردد.

در قاره ها، موهو را می توان در اعماق بین 20 تا 70 کیلومتری زیر سطح یافت. در جنوب کالیفرنیا، موهو حدود 45 کیلومتر زیر زمین قرار دارد. تلاش‌هایی برای تصویربرداری از آن با استفاده از لرزه‌سنج‌های معمولی انجام شده بود، اما این تلاش‌ها یا نتایجی با وضوح پایین، در مقیاس ده‌ها کیلومتر به دست می‌آورد، یا بسیار گران بود. با استفاده از روش DAS، محققان به راحتی می توانند ساختار موهو را در مناطق بزرگ با وضوح یک کیلومتر مشاهده کنند و نگاهی بسیار دقیق تر به این منطقه مهم زمین شناسی ارائه دهند.

آترهولت، که اکنون دانشجوی فوق دکتری در سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده است، می‌گوید: «موهو یک مرز واقعاً جالب برای زلزله‌شناسان است، زیرا به ما می‌گوید که در داخل و بین صفحات تکتونیکی در عمق چه اتفاقی می‌افتد». "این می تواند به ما بگوید که آیا گسل های اصلی به گوشته نفوذ می کنند، چگونه فرآیندهای باستانی و معاصر اثر خود را در قاره ها به جا گذاشته اند، و پوسته عمیق در مکان های خاص چقدر قوی است. روش ما می تواند برای بررسی انواع لرزه های جالب استفاده شود. مناطق فعال، از جمله مناطقی که ما در مورد آنها زیاد می دانیم، مانند کالیفرنیای جنوبی، و مکان هایی که شبکه های لرزه نگاری سنتی پراکنده هستند.

طی دو سال، این تیم از کابل فیبر نوری که از صحرای موهاوی کالیفرنیا می‌گذرد، برای اندازه‌گیری زمین‌لرزه‌ها و نقشه‌برداری موهو در منطقه استفاده کردند. آنها دریافتند که گسل گارلوک، دومین گسل بزرگ در جنوب کالیفرنیا پس از سن آندریاس، به گوشته نفوذ می کند و بسیار عمیق تر از آن چیزی است که قبلا تصور می شد. آنها همچنین مشاهده کردند که موهو به طور قابل توجهی در زیر یک منطقه فعال آتشفشانی در شمال موهاوه به نام میدان آتشفشانی کوزو تغییر شکل داده است و بخشی از "سیستم لوله کشی" منطقه بین منبع گرما در گوشته و اتاق ماگمای آن در پوسته را روشن می کند. اگرچه آتشفشان‌های کوزو آخرین بار حدود 40000 سال پیش فوران کردند، اما این منطقه هنوز دارای انرژی گرمایی گرمایی است. درک ساختار زیرزمینی مناطقی از این دست نمونه ای از قدرت فناوری جدید است.

آترهولت می‌گوید: «همه چیزها در اعماق لیتوسفر در حال وقوع هستند - بیرونی‌ترین بخش زمین از جمله پوسته و گوشته بالایی - و کاری که می‌توانید با DAS انجام دهید فقط به خلاقیت شما محدود می‌شود.

این مقاله با عنوان "ساختار موهو کالیفرنیای جنوبی با مقیاس دقیق کشف شده با سنجش صوتی توزیع شده" است. آترهولت و ژان نویسندگان این مطالعه هستند. بودجه توسط بنیاد ملی علوم و بنیاد گوردون و بتی مور تامین شد.