REWOLUCJA W NAUKACH O ZIEMI

Tytuł tego wykładu mógłby w zasadzie brzmieć “niezakończona rewolucja”. Trudno jest określić dokładnie kiedy się ona rozpoczęła. Punktem wyjścia były różne hipotezy z lat 1960-tych określane ogólnie jako tektonika płyt. Teoria ta była w stanie wytłumaczyć większość fizycznych struktur geograficznych takich jak grzbiety oceaniczne, rowy czy pasma górskie a także w ogólności historię Ziemi w okresie przynajmniej ostatnich 200 milionów lat. Opisuje ona procesy tworzenia nowej skorupy oceanicznej w strefach grzbietów oceanicznych oraz niszczenie starej litosfery w rowach oceanicznych, a także procesy orogeniczne.

Rzucająca się prostota tej teorii w zarysie sprowadzała się do tego, że powierzchnię Ziemi tworzy 6 głównych i 6 pomniejszych płyt tektonicznych, które poruszają się względem siebie i oddziaływują ze sobą na swoich granicach, pokrywając przy tym kulę ziemską.

Naturalną koleją rzeczy geologowie pracujący na lądzie maja pewne podstawy aby nie zgadzać się z tym opisem Ziemi. Jeśli bowiem porównać aktywność sejsmiczną, pomijając obszary wewnątrz płyt, nieistotne tutaj, aktywność w grzbietach oceanicznych przybiera na mapie formę zwykłej linii, podczas gdy tam, gdzie kontynenty się zderzają, jak na przykłąd Afryka i Europa, czy Eurazja, strefa sejsmiczności ma rozmiary nawet 2000 km i trudno jest ją przedstawić jako linię.

Niedokończona rewolucja oznacza tutaj że choć możemy wytłumaczyć ruchy na powierzchni, naprawdę nie wiemy co dzieje się w głębi. Podczas podstawowego kursu geofizyki opieram się na podręczniku, choć niezupełnie zgadzam się ze wszystkim co jest w nim zawarte. Przykładowo, niektóre rysunki pokazują jak gdyby strefy subdukcji sięgały aż po granicę płaszcza i jądra, zaś punkty gorąca i grzbiety oceaniczne pokazane są jako płytkie i pasywne struktury. W ogólności, teorii tej brakuje odniesienia się do problemów głębokości. W tym miejscu pojawiła się możliwość dla sejsmologii, aby sprawę tą wyjaśnić.

Przykład z podręcznika traktuje – można rzec - o jednowymiarowej Ziemi. Następnym krokiem jest model sporządzony przez poprzedniego laureata nagrody Craaforda z dziedziny geochemii. Ukazuje on jak gdyby Ziemię podzieloną na szereg obszarów różniących się chemicznie bądź geologicznie. W latach 1980-tych, w szczególności w 1986 mogliśmy już przedstawić trójwymiarowy model Ziemi; można powiedzieć że kolorowy, jeśli poprzedni model określono by mianem “szary”. Przekrój przez Ziemię można przedstawić w kolorach, które odzwierciedlają względne różnice w prędkosciach fal sejsmicznych, na przykład fali poprzecznej lub podłużnej. Jak się okazuje, nawet wewnętrzne jądro Ziemi nie jest ani proste, ani jednorodne.

Narzędzie, które jest potencjalnie w stanie zdobyć informacje o tym trzecim wymiarze, zwane jest tomografią sejsmiczną. Polega to na tym, że są pewne źródła fal sejsmicznych, czyli ogniska trzęsień ziemi, oraz czujniki na powierzchni i w pewnym sensie pracuje to na podobnej zasadzie jak tomografia medyczna. Obserwujemy anomalie czasów przebiegu fal sejsmicznych, to jest odchylenia tych czasów w stosunku do pewnego modelu odniesienia, który obrazuje jednowymiarową Ziemię, oczywiście z jej sferyczną symetrią. Jest to oczywiście tylko schemat, w rzeczywistości procedura jest bardzo skomplikowana i używa się różnych zestawów danych dla czasów przebiegu różnych faz sejsmicznych, innych dla fal które oddziaływują z jądrem wewnętrznym, innych na przykład dla fal powierzchniowych, na które mają wpływ struktury stosunkowo płytkie, a jeszcze innych dla tak zwanych fal płaszczowych – które są falami powierzchniowymi o bardzo długich okresach i które dają nam najwięcej informacji o płaszczu. Obraz ten jest bardzo skomplikowany i świadczy o tym iż różne fale są szczególnie czułe na struktury na różnych głębokościach. Na przykład fale powierzchniowe o stosunkowo krótkich okresach są najbardziej czułe na strukturę w pobliżu powierzchni, a fale które przebiegają przez jądro są wrażliwe na strukturę w pobliżu granicy płaszcza i jądra. Tak więc w ogólności problem sprowadza się do odwrócenia macierzy na którą składają się pomniejsze minory odpowiadające danym niosącym szczególnie dużą informację o poszczególnych strefach we wnętrzu Ziemi.

Można się przekonać iż w ten sposób każdy obszar we wnętrzu Ziemi jest dobrze pokryty danymi. Jest to bardzo ważne, gdyż aby dokładnie zrozumieć co dzieje się wewnątrz Ziemi, musimy ją rozważać jako całość. Nie wdając się w równania, ogólnie rozwiązujemy problem metodą najmniejszych kwadratów. Naszą niewiadomą jest pewien wektor X, a macierz jest fukcjonałem czasów przebiegu fal od hipocentrum po określonej drodze. Najczęściej X jest wektorem trójwymiarowym. W ogólności ponieważ pokrycie Ziemi przez źródła i odbiorniki jest niepełne, niezbędne jest narzucenie pewnych warunków regularyzacji, na przykład aby norma była minimalna albo aby uzyskany model był odpowiednio gładki lub też aby kwadrat laplasjanu był minimalny. Warunki te narzucane są jako więzy dla poszczególnych fal. Uzyskane rozwiązanie jest rozwiązaniem problemu wysoce niedookreślonego, przez co można być dosyć niemile wprowadzonym w błąd.

Mogę w tym miejscu przytoczyć trzy przykłady modeli Ziemi, ukazujące jej przekrój wzdłuż 90-tego południka. Wszystkie te przykłady uzyskano z tego samego zestawu danych. Różnica jest dwojaka. Po pierwsze, w każdym z tych modeli zadano różne ilości szukanych niewiadomych od 250000 przez 25000 do 2500. Okazuje się że wynikają z tego głębokie różnice w modelach. W pierwszym można zauważyć duże różnice między północną a południową półkulą. W drugim jest podobnie, nadal prędkości na południowej półkuli różnią się od tych na północnej. Nadmieniam, że różnice te nie są zbyt duże, typowo wynoszą 0,5%. Z drugiej strony ostatni model odpowiadający najmniejszej ilości parametrów wykazuje że półkule północna i południowa mają z grubsza podobne parametry, czego się właśnie, w ogólności, spodziewamy.

Można więc stwierdzić że rzeczywiście, jeżeli będziemy poszukiwali zbyt wiele, to naprawdę otrzymamy mniej niż moglibyśmy, tym samym uzyskujemy nieprawdziwe wyniki. Fakt ten jest bardzo ważny podczas przeprowadzania badań. Modelowanie jest swego rodzaju sztuką gdyż istnieje wiele współczynników wagowych i współczynników tłumienia, wybieranych nieco dowolnie. Oczywiście istnieją pewne reguły dobierania tych współczynników ale zwykle jest to uzależnione od charakterystyki błędów, której nie znamy.

Tomografia sejsmiczna naprawdę zaczęła się w połowie lat 1970-tych, lecz przyspieszenia nabrała w latach 1980-tych. Przykładowo, weźmy mapę anomalii prędkości fal poprzecznych opublikowaną w 1984 roku przez Johna Woodhouse’a (obecnie w Oxfordzie) i mnie. Fakt, iż w grzbietach oceanicznych prędkości były małe, podczas gdy pod tarczami kontynentalnymi były duże był obiecujący bowiem jest to zgodne z naszą wiedzą z innych źródeł i utwierdziło nas to w przekonaniu iż nasza metoda jest dobra. Podjęliśmy próbę rozpracowania tak zwanej strefy przejścia, która okazała się bardzo duża i dawała silny sygnał co związane jest być może z akumulacją materiału w strefach subdukcji. Możliwym stało się przedstawienie przekroju południkowego przez Amerykę Północną i z drugiej strony Azję. Widzimy na nim iż wszędzie pod kontynentami materiał jest chłodny, podczas gdy pod grzbietami oceanicznymi jest ciepły a fale sejsmiczne mają niskie prędkości. Dla rejonu dolnego płaszcza pojawia się dodatkowy zaskakujący wynik, że Basen Pacyfiku otoczony jest pierścieniem wysokich prędkości, podczas gdy sam Basen jest dosyć powolny; istnieje również duża, niskoprędkościowa struktura pod Afryką. Obraz ten odpowiada głębokości 2500 km, tylko 400 km ponad granicą jądra; w tym przypadku zróżnicowanie poziome opisywane jest przez rozwinięcie w 16 harmonicznych składowych sferycznych.

W tym momencie można mówić o czymś w rodzaju odcisków palców pozostawianych przez płaszcz Ziemi. Można też przedstawić topografię granicy płaszcza i jądra. Granica ta przebiega w różnych miejscach 5 km płycej lub głębiej. Wspomniany pierścień wysokich prędkości naokoło Pacyfiku wywołany jest występowaniem tam materiału chłodniejszego. Chłodniejszy materiał jest cięższy, zapada się on więc w głąb i naciska na granicę jądra, powodując wgłębienie jej na około 5 km. Z drugiej strony tam gdzie materiał jest lżejszy, granica płaszcza i jądra jest wypiętrzona. Wyniki te mogą też być bardzo istotne przy modelowaniu dynamicznym dla fal poprzecznych gdzie pewien kontrast gęstości odpowiada pewnemu kontrastowi prędkości. W ten sposób można też, przyjmując określony model lepkości, w zasadzie wyliczyć dynamiczne pogrążanie lub wypiętrzanie materiału.

Wszystko więc dość dobrze do siebie pasuje, ale zauważyliśmy również że istnieje pewna korelacja pomiędzy rejonami o szczególnie wysokiej prędkości a znanymi wydarzeniami tektonicznymi w przeszłości. Przykładowo, istnieje wielkoskalowa struktura zwana Rowem Tetydy tam gdzie zamknięciu uległ Ocean Tetydy, istnieje także Rów Pangei odpowiadający w zasadzie bardzo długiemu okresowi subdukcji wzdłuż wybrzeży obu Ameryk, jest to związane również z subdukcja wzdłuż zachodniego Pacyfiku oraz być może z innymi wydarzeniami. Niektóre struktury może być trudno zasocjować, z drugiej strony mamy także duże powolne struktury określane jako Grupa Rowów w strefie równikowego Pacyfiku oraz Wielki Rów Afrykański, który jest ogromną strukturą sięgającą prawie po bieguny.

W ciągu 10 czy 15 lat od kiedy powstała tomografia udało nam się znacznie zwiększyć ilość stacji sejsmicznych, co w efekcie pozwala na osiąganie wyższych rozdzielczości. Dobrym przykładem postępu na przestrzeni 10 lat jest porównanie modeli z 1984 i 1994 roku. Choć przybyło dużo mniejszych struktur, wielkie struktury pozostają mniej więcej takie same. Powodem tego jest że widmo niejednorodności we wnętrzu Ziemi jest – można powiedzieć – bardzo czerwone, tzn. długookresowe. Jest to jedno z najbardziej zaskakujących spośród naszych odkryć. Wynik nasz jest zasadniczo inny od tego do czego przyzwyczailiśmy się. Biorąc pod uwagę tylko niższe harmoniczne, wynosi on około –0.6% wartości prędkości na określonej powierzchni. Spoglądając na całą budowę Ziemi od strony jądra, można zobaczyć duże wypiętrzenie granicy płaszcza i jądra pod Pacyfikiem i drugie pod Wielkim Rowem Afrykańskim. Wydają się one być w pewien sposób powiązane z układem grzbietów, które są tak istotne dla kształtowania powierzchni Ziemi. Nasuwa mi się analogia do wczorajszego wykładu podczas którego przedstawiono ilustracje rejonów powstawania gwiazd; tutaj można powiedzieć że te dwa wielkie wypiętrzenia są jak gdyby miejscami powstawania grzbietów oceanicznych.

Inne trójwymiarowe przedstawienie uwzględniające pierwsze cztery harmoniczne uwidacznia ogromny pierścień wysokich prędkości dookoła Pacyfiku; widoczne są również obydwa krańce Wielkiego Rowu Afrykańskiego, którego główna część znajduje się w tym ujęciu w cieniu jądra. Obraz ten jest bardzo znamienny, rozległe obszary zbudowane są z materiału chłodnego, dotyczy to tak dna oceanicznego jak obszarów kontynentalnych i zarówno górnego jak i dolnego płaszcza. Z drugiej strony pod Pacyfikiem prędkości są bardzo niskie. Wydaje się iż wielkoskalowy proces rządzący wnętrzem Ziemi jest dosyć dobrze zorganizowany, co stanowi chyba największą niespodziankę wśród otrzymanych z tomografii wyników i który jest nadal stosunkowo słabo wyjaśniony.

Jest wszakże istotny czynnik składający się na wspomnianą na początku niezupełną rewolucję, to jest czy cyrkulacja materiału jest w dużej skali, dotycząca całego płaszcza, a czy też podzielona jest na warstwy, lub też jest czymś pośrednim. Istnieje znacząca granica pomiędzy górnym a dolnym płaszczem, jednakże w jakiś sposób materiał może się przez nią przedostać. Ważną strukturą staje się w tym momencie strefa przejścia, w której, jak można się przekonać, parametry sejsmiczne zmieniają się bardzo szybko. Dyskusyjnym jest natomiast czy stanowi to dowód na istnienie nieciągłości na głębokości 670 km gdyż występuje tam ogromna niejednorodność pozioma. Obraz tej niejednorodności jest bardzo skomplikowany, a jego widmo mocy uwidacznia 18 sferycznych harmonicznych. Przede wszystkim jednak okazuje się że widmo niejednorodności poziomej jest bardzo długookresowe. Można przekonać się że większość mocy niesiona jest przez harmoniczne najniższych stopni. Model nie uwidacznia tego najlepiej, gdyż z konieczności przyjęta jest skala logarytmiczna, zaś różnice mogą być 300-krotne. Ograniczając się do rozważania obszaru wokół strefy przejścia, okazuje się że zachodzi nagła zmiana w charakterze widma na wspomnianej nieciągłości, nawet jeśli przedstawiać ją za pomocą funkcji gładkich. Drugą sprawa jest duży wzrost mocy w pobliżu granicy płaszcza i jądra, gdzie niejednorodności tak ogólna jak pozioma są duże. Moc ta w środkowym płaszczu jest bardzo niska i zdominowana przez swoje harmoniczne stopni 2 i 3.

Powyższe warunki są dobrze postawionymi więzami dla prób modelowania konwekcji za pomocą równań przepływu wewnątrz Ziemi przy użyciu wielu innych parametrów co do których niekiedy niewiele wiemy o nich ani o ich zależności od głębokości. Modelowanie takie wykonane było między innymi około 6 lat temu. Szczególnie interesujące są wyniki dla rejonów chłodnych, gdzie w dodatku do wielu innych cech wyznaczono endotermiczną transformację fazową na głębokości 670 km, gdzie aby materiał mógł przekroczyć granicę niezbędna jest dodatkowa energia. Rzeczywisty mechanizm tego procesu polega na gromadzeniu się materiału w strefie przejścia w rejonie od 400 do 670 km głębokości. Kiedy zgromadzi się tam dostatecznie duża masa, pogrąża się ona w płaszczu. Konsekwencją tego jest rozpychanie materiału na boki na granicy jądra. To z kolei rozpoczyna proces odwrotny; w rzeczywistości właśnie to pogrążanie mas w płaszczu powoduje wypychanie do góry materiału gorącego.

Istnieje inny sposób modelowania, nie uwzględniający transformacji fazowych, za to na przykład zezwalający na duże zmiany lepkości, jednakże wyniki są skomplikowane i mało nadają się do przedstawienia w postaci rysunku. W naszym przypadku przyjmujemy że lepkość we wnętrzu Ziemi jest jednorodna. Struktury są stosunkowo małych rozmiarów a ich szczegóły na powierzchni dobrze zgadzają się z obserwowanymi strefami subdukcji. Jeśli zezwolimy na 30-krotną zmianę lepkości na granicy 670 km, wszystkie zasady konwekcji zostają przebudowane, między innymi dwa duże wypiętrzenia odpowiadające środkowi Pacyfiku oraz Rowowi Afrykańskiemu przestają istnieć, podobnie też wiele z dużych zagłębień wyznaczonych w naszym modelu. Jednocześnie nie zachodzi jakaś poważna zmiana w cechach materiału na granicy 670 km. Z tego powodu wydaje mi się że model przewidujący wypiętrzania i pogrążania wraz z transformacją fazową jest bardziej przekonywujący. W modelu Pierce’a operującym zmianami lepkości geodynamika jest niejasna i wydaje się że występują poważne problemy ze zgodnością tego modelu z obserwacjami.

Pozostawiając na boku sprawy modelowania, zauważmy że głównym minerałem w górnym płaszczu jest oliwin. Już XIX-wieczne podręczniki przedstawiały wygląd kryształu oliwinu i okazuje się że w krysztale tym jest 25-procentowa różnica w prędkościach fal wzdłuż najszybszej i najwolniejszej osi. Podczas przepływu, różne minerały przyjmują różne orientacje przestrzenne. W górnym płaszczu dzieje się tak, że fale poprzeczne większość drogi odbywają bardziej poziomo niż pionowo. Oliwin tymczasem orientuje się tam przestrzennie w taki sposób, że kierunek ten jest zgodny z kierunkiem jego najszybszej osi, podczas gdy większość innych minerałów w górnym płaszczu zorientowana jest tak, że ten kierunek odpowiada ich osi pośredniej prędkości. W rzeczywistości z innych badań wiemy że oliwin jest dominującym składnikiem górnego płaszcza, co potwierdza jedynie fakt asymetrycznych zmian prędkości fal Rayleigh’a. Badania wykazują że w wypadku grzbietów oceanicznych kierunek największej prędkości jest prostopadły do osi grzbietu. Fakt ten jest zgodny z oczekiwaniami oraz stanowi dobre potwierdzenie słuszności modelu.

Jeśli chodzi o wspomnianą anizotropię kierunkową, w wypadku Hawajów istnieje interesująca zmiana około 100 milionów lat temu. Anizotropia ta wydaje się iż ma tendencję do zanikania w przeszłości. Oczywiście, w równaniu występuje wiele parametrów i nie wszystkie możemy odpowiednio wyznaczyć, jednak anizotropia kierunkowa jest mierzalna. Istnieje także anizotropia radialna, gdzie zakładając heksagonalną symetrię materiału - występuje symetria osiowa, oś w tym przypadku jest pionowa. Nie jest to wszystko do końca wytłumaczone, jednakże jeśli zbudujemy model uwzględniający anizotropię radialną okazuje się że zależności izotropowe są takie, jak się tego spodziewamy na podstawie termicznej historii płyty tektonicznej która stygnie w miarę oddalania się od grzbietu czemu towarzyszy wzrost prędkości fal, co zaobserwowano dla okresu 150 milionów lat. Z drugiej strony istnieją znaczące zależności anizotropowe odzwierciedlające względne różnice pomiędzy prędkościami fal poprzecznych rozchodzących się w kierunku pionowym a tymi rozchodzącymi się w kierunku poziomym. Różnica ta jest dosyć duża, szczególnie dotyczy to rejonu Hawajów. Wydaje się że jest to związane z tektoniką płyt, w szczególności z wiekiem danej płyty.

Uważam więc że istnieją dosyć istotne czynniki wewnątrz Ziemi, których nie daje się opisać za pomocą prostego modelu. Szczególnie obiecująca wydaje mi się praca Song’a i Richards’a, w której autorzy odkryli, czy raczej twierdzą, że odkryli odmienną prędkość obrotu jądra wewnętrznego w stosunku do płaszcza. Przewidzieli oni że wspomniany obrót, nazywany niekiedy superrotacją może powodować obracanie się jądra wewnętrznego rocznie o jeden stopień kątowy szybciej w stosunku do płaszcza. Otrzymano różne wyniki jeśli chodzi o wartość tego szybszego obrotu jądra. Ostatnio pojawiły się wyraźne dowody na to, iż ta różnica obrotów miałaby nie zachodzić. Uwzględniając to, powstaje pewien problem dotyczący funkcjonowania geodynama. Biorąc pod uwagę jego modele musimy rozróżnić pomiędzy dwoma bardzo odmiennymi ich typami. W pierwszym z nich geodynamo jest najsilniejsze w pobliżu granicy płaszcza i jądra, w drugim zaś na granicy jądra wewnętrznego i zewnętrznego. Na zewnątrz obydwa typy modeli wytwarzają dosyć podobne pole magnetyczne, a właśnie tam jest ono obserwowane. Z uwagi na elektromechaniczne sprzężenie na granicy płaszcza i jądra, na podstawie obserwacji sejsmicznych niektórzy badacze oceniają że jądro wewnętrzne obraca się szybciej o nawet 3 stopnie na rok. Inni z kolei budują modele nie przewidujące superrotacji, względnie nawet przewidujące powolny w czasie obrót w kierunku zachodnim a nie wschodnim.

Wyniki te wydają się być bardzo interesujące i w ciagu szeregu lat wywołały wiele prac badawczych. Aby uzmysłowić jak bardzo skomplikowana jest Ziemia, przytoczę że Song i Richards mogli otrzymać swoje wyniki dzięki temu iż wewnątrz jądra wewnętrznego istnieje marker nie posiadający symetrii obrotowej. Wewnętrzne jądro Ziemi jest anizotropowe na szczególny sposób, jego oś symetrii jest o kilka stopni odchylona od osi obrotu Ziemi. To zaburzenie symetrii jest obserwowalne i wraz z obrotem jądra wewnętrznego czasy przebiegu fal sejsmicznych czy też odchylenia tych czasów zmieniają się. Na podstawie takiego prostego modelu uwzględniającego wspomniane dwa rodzaje osi Song i Richards otrzymali wynik około 1 stopnia rocznie. Okazuje się jednak że fale sejsmiczne, na podstawie których przeprowadzili swe badania, przebiegały po dosyć nietypowych promieniach sejsmicznych. Promienie te wszystkie osiągały swój najgłębszy punkt w jednym rejonie jądra wewnętrznego. Wygląda na to, iż jest to jedyne takie miejsce w Ziemi, które jest wyjątkowo anomalne przy czym powody tej anomalii pozostają nieznane. Nie wiemy nawet czy anomalia ta polega na anizotropii czy niejednorodności, zwłaszcza że promienie sejsmiczne przebiegają ten obszar tylko w jednym kierunku. Nie dysponujemy zapisami fal przebiegających przez ten obszar w kierunku prostopadłym, ani nawet pod kątem 30 stopni w stosunku do posiadanych danych, co mogłoby wyjaśnić tą kwestię. Model więc zbudowany został na podstawie wyników z których niektóre zostały już później zmodyfikowane lub odrzucone i możliwe jest że odmienny obrót jądra wewnętrznego nie występuje. Uważamy jednak nadal że jądro wewnętrzne Ziemi jest anizotropowe a w szczególności że tworzy jeden monokryształ. Problemem jest że aby dostać się do jądra wewnętrznego, musimy przejść przez wszystko inne we wnętrzu Ziemi co z powodu niejednorodności bywa trudne. Istnieje też zawsze możliwość że nie zauważymy czegoś w płaszczu a efekt tego czegoś przeniesiemy na model jądra wewnętrznego.

Istniejące rozbieżności czy niedoskonałości mogą być w dużej mierze wynikiem dostępności danych, gdyż to dane zapewniają rozdzielczość. Kiedy spojrzeć na mapę stacji sejsmicznych, które zainstalowano w ostatnich latach, okazuje się że większość z nich znajduje się na półkuli północnej. Na półkuli południowej istnieje sporo luk, w większości na obszarach oceanów. Niektórzy badacze uważali że nie można zbyt dobrze poznać Ziemi bez umieszczenia pewnej ilości stacji sejsmicznych na dnie oceanów. Około 10 lat temu odbyło się spotkanie robocze poświęcone umieszczeniu szerokopasmowych stacji sejsmicznych w otworach wywierconych w dnie oceanu; pojawiła się wtedy sugestia aby w każdym kwadracie 2000x2000 km umieścić taką jedną stację. Zakończyło się głównie na planach, od tego czasu powstały bodajże zaledwie dwie takie stacje, lecz dopiero rok temu udało się wykazać iż dane z takiej stacji mogą posiadać bardzo wysoką jakość. Zapis stosunkowo dużego trzęsienia ziemi z Fiji zarejestrowany w jednej z takich otworowych stacji na głębokości 4.5 km pod powierzchnią oceanu porównywalny jest z zapisem ze stacji położonej na lądzie. Szczególnie dobrze wypada porównanie poziomu szumu. Tak więc dno oceaniczne jest dobrym miejscem na stacje sejsmiczne. Obecnie w Stanach Zjednoczonych czynione są pewne kroki w tym kierunku, jednakże uważa się też że powinno to być projektem światowym i że Europa, której potencjał gospodarczy jest porównywalny z amerykańskim, powinna się do tego przyłączyć.

W ciągu lat mają miejsce różne procesy, od tych wielkich, o których dotychczas wspominałem, do małych. Gdzieś po drodze występuje skala wielkości około 100 km, w której zaplanowano eksperyment US Array. Eksperyment ten ma dwie części, z czego jedna dotyczy rozmieszczenia około 100 wysokiej jakości szerokopasmowych stacji na terytorium USA, co stanowi z grubsza ilość stałych stacji szerokopasmowych jakie dotychczas powstały na świecie. Drugą część eksperymentu stanowi array sejsmiczny w środkowych USA, niekiedy zwany Big Foot, składający się ze stu równo rozmieszczonych elementów. Program zaplanowano na rok, lecz w ciągu 10 lat możnaby w ten sposób pokryć całe terytorium USA. Od czasu rozpoczęcia programu ilość sejsmometrów przekroczyła zakładaną i obecnie pracuje łącznie około 400 przyrządów a program ma zapewnione finansowanie na dwa lata. Celem programu jest otrzymanie szczegółowego obrazu litosfery i górnego płaszcza pod obszarem USA. Można także użyć tego zestawu przyrządów jako swego rodzaju peryskopu do zbierania danych o anomaliach głęboko we wnętrzu Ziemi, na przykład przy granicy płaszcza i jądra, i to z wysoką rozdzielczością. Ktoś chyba słusznie określił ten eksperyment mianem syntetycznej szerokokątnej sejsmologii, w analogii do syntetycznego szerokokątnego radaru, w którym łączy się obrazy uzyskane przez poszczególne przyrządy, niekiedy korzystając z układu 2000 instrumentów. Podobne eksperymenty okazywały się bardzo wiele wnoszące i niektóre jeszcze niedawno proponowane, już znalazły zastosowanie.

Tym mniej więcej chciałbym zakończyć moją opowieść o problemach, które uważam za interesujące, zwłaszcza że dotyczą one dokonań jedynie ostatnich 15 lat. Postęp jest bardzo szybki, są nadal pewne trudności, są rzeczy które czekają na ludzi, którzy by się nimi zajęli, zaś niekiedy różni naukowcy pracują nad tymi samymi problemami równolegle. Myślę że z czasem dopracujemy się prawidłowych modeli i będzie można powiedzieć że rewolucja w naukach o Ziemi dokonała się.

(Pyt. czy do badań można używać sygnałów od sztucznych źródeł sejsmicznych, tzn. strzelań): W badaniach głębokiego wnętrza Ziemi musimy polegać na naturalnych trzęsieniach. W skali lokalnej poznania budowy skorupy ziemskiej i górnego płaszcza można stosować sztuczne źródła, lecz nie można tego zastosować w wypadku gdy fale mają przebiec przez środek Ziemi.

(Pyt. o teorię rozszerzającej się Ziemi): Jestem przeciwko temu. Bilans powierzchni Ziemi jest dobrze utrzymywany przez ostatnie 100 milionów lat bez wprowadzenia tej komplikacji. Bywa niekiedy tak, że ktoś wysuwa hipotezę, której nie można odrzucić bo nie ma dowodów że jest ona fałszywa.

(Pyt. czy anomalie prędkości nie wiążą się bardziej z różnicą gęstości niż z różnicą temperatury): I tak i nie. Obecnie wygląda iż większość anomalii ujemnych spowodowanych jest przez różnice w temperaturze. Z drugiej strony są też wyjątki. W dolnym płaszczu wiadomo ze istnieją miejsca bogatsze w żelazo co mogłoby tłumaczyć pewne różnice obserwowane w pobliżu granicy jądra.

(Pyt. o zmiany polaryzacji biegunów magnetycznych): Stosunkowo niedawno wykryto że jądro wewnętrzne jest dobrym przewodnikiem. Jako takie stabilizuje pole magnetyczne wytworzone przez konwekcję w zewnętrznym , płynnym jądrze. Omawiane przeze mnie modele geodynama są w stanie reprodukować zmiany kierunku pola. Kiedy kierunek ten się zmienia, jest okres w którym bieguny magnetyczne przyjmują położenia pośrednie i jeśli gdzieś jest bardzo szybkie tempo narastania osadów to można nawet śledzić drogę wędrówki bieguna. Ciekawa jest teoria, że bieguny podczas tej wędrówki wybierają drogę odpowiadającą niskim temperaturom lub wysokim prędkościom fal sejsmicznych. Trudno jest jednak spekulować, bowiem dane pochodzące z tomografii sejsmicznej są jak gdyby tylko taką fotografią z obecnego czasu i nie mamy bezpośrednich danych o tym jak się to zmieniało w czasie.

(Pyt. o zastosowania praktyczne): Jest to głównie nauka podstawowa, która pozwala nam lepiej zrozumieć dynamikę wnętrza Ziemi. Interesującym jest także połączenie jej z polem magnetycznym i przez to zrozumienie zmian w tym polu.