Trillingen reizen in golven door onze planeet, als akkoorden die uit een getokkelde gitaar klinken. aardbevingen, vulkanen en de drukte van menselijke activiteit wekken sommige van deze seismische golven op. Veel meer weerkaatsen van door de wind aangedreven oceaanstormen.

Terwijl stormen de wereldzeeën karnen, door de wind opgeklopte golven aan de oppervlakte werken op een unieke manier samen en produceren zuigerachtige dreunen van druk op de zeebodem, het genereren van een stroom van vage trillingen die door de aarde golven naar alle uithoeken van de wereld.

"Er is een afdruk van die drie aardse systemen in deze seismische omgevingsgegevens:atmosfeer, de rotsachtige buitenste lagen van de aarde en de oceaan, " zei Lucia Gualtieri, geofysicus van Stanford University, hoofdauteur van een paper in Proceedings van de National Academy of Sciences dat helpt bij het oplossen van een decennia oud raadsel over de fysica van seismische golven die verband houden met oceaanstormen.

Bekend als secundaire microseismen, de kleine seismische golven die worden opgewekt door rommelende oceanen zijn zo alomtegenwoordig en chaotisch dat seismologen de gegevens al lang opzij hebben gezet. "Als je deze golven opneemt, het seismische record lijkt op willekeurige ruis omdat er zoveel bronnen zijn, de ene dicht bij de andere over het uitgestrekte gebied van een storm. Ze acteren allemaal tegelijk, en de resulterende golfvelden interfereren met elkaar, "Zei Gualtieri. "Je wilt het gewoon weggooien."

Maar in de afgelopen 15 jaar, onderzoekers hebben een manier gevonden om betekenis te extraheren uit deze luidruchtige gegevens. Door te analyseren hoe snel paren golven van het ene seismische station naar het andere gaan, ze zijn begonnen inzicht te krijgen in de materialen waar ze doorheen gaan. "We gebruiken seismische golven zoals röntgenstralen in medische beeldvorming om de aarde te scannen, " zei Gualtieri, die een assistent-professor geofysica is aan Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth).

Hou van golven van de oceaanbodem

In tegenstelling tot een enkele oceaangolf die over het oppervlak rolt, die uitsterft voordat hij de diepe zee bereikt, de chaotische interacties van golven die tijdens een storm in tegengestelde richtingen reizen, kunnen een op en neer dobberende beweging aan het oppervlak veroorzaken die helemaal naar de vaste aarde beneden pulseert. Trillingen die bekend staan ​​als Rayleigh-golven gaan dan naar buiten vanaf de puls, terwijl ze de grond op en neer bewegen.

Al decenia, wetenschappers hebben de verticale component van oceaanstorm-microseismen begrepen, waar Rayleigh-golven domineren. Maar er is nog een andere reeks trillingen geregistreerd tijdens oceaanstormen die onverklaarbaar zijn in de geaccepteerde theorieën over hoe stormachtige zeeën bewegingen in de vaste aarde genereren. Deze trillingen, genaamd Love Waves naar hun 20e-eeuwse ontdekker, verdringen ondergrondse rotsdeeltjes heen en weer - loodrecht op hun pad naar voren - als een glibberige slang. "Deze golven zouden er helemaal niet moeten zijn, "Zei Gualtieri. "We wisten niet waar ze vandaan kwamen."

Wetenschappers hebben twee plausibele verklaringen gepresenteerd. Een idee is dat wanneer de verticale kracht die naar beneden pompt van botsende oceaangolven een helling op de zeebodem tegenkomt, het splitst en vormt de twee verschillende soorten oppervlaktegolven:Rayleigh en Love. "In dat geval, de bron van liefdesgolven zou heel dicht bij de bron van Rayleigh-golven zijn, indien niet dezelfde locatie, ' zei Gualtieri.

Maar Gualtieri's onderzoek, co-auteur met geowetenschappers van Princeton University, vindt dat de hellingen en hellingen van de zeebodem niet steil genoeg zijn om de sterke horizontale kracht te genereren die nodig is om de liefdesgolven te produceren die door seismische recorders worden opgepikt. hun resultaten, gepubliceerd op 9 november een alternatieve theorie ondersteunen, waarin Liefdesgolven hun oorsprong vinden in de aarde zelf. Het blijkt dat wanneer winderige zeeën de druk verlagen tot op de zeebodem, de lappendekenstructuur van de vaste aarde eronder antwoordt met een geheel eigen dreun.

"We begrijpen hoe aardbevingen Liefdesgolven creëren, maar we zijn er nooit precies achter gekomen hoe oceaangolven ze creëren, " zei Keith Koper, expert op het gebied van omgevingsgeluid, een professor in geologie en geofysica en directeur van seismograafstations aan de Universiteit van Utah, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Dit is een beetje gênant omdat door de oceaan gegenereerde liefdesgolven al meer dan 50 jaar worden waargenomen." De krant onder leiding van Gualtieri, hij zei, "levert afdoend bewijs" voor hoe oceaangolven dit specifieke soort vibratie in de aarde genereren.

Aarde simuleren

Met behulp van de Summit-supercomputer in het Oak Ridge National Laboratory, de onderzoekers simuleerden de complexe interacties die optreden tussen stormen, oceaangolven en de vaste aarde gedurende perioden van drie uur. Nauwkeurig tot vier seconden, elke simulatie omvatte 230, 400 drukbronnen verspreid over de hele wereld. "We gebruiken de computer als laboratorium, om seismische golven te laten voortplanten vanuit realistische bronnen over de oceanen van de wereld op basis van bekende fysica over hoe en waar seismische golven worden gegenereerd door oceaanstormen, en hoe ze door de aarde bewegen, ' zei Gualtieri.

Eén versie van het model Aarde stelde de planeet voor als een simplistische gelaagde wereld, waar eigenschappen alleen variëren met de diepte, als een laag cake. De andere, meer levensecht model legde meer vast van de driedimensionale variatie in zijn ondergronds terrein, als een chocoladekoekje. Voor elke versie, de onderzoekers schakelden onderwaterdieptegegevens in en uit om te testen of zeebodemkenmerken zoals canyons, ravijnen en bergen - in tegenstelling tot de diepere structuur - zouden Liefdesgolven kunnen produceren.

De resultaten laten zien dat liefdesgolven slecht worden gegenereerd in de laagcake-achtige, eendimensionale aarde. Gezien ongeveer 30 minuten en een rommelende oceaan, echter, In het driedimensionale model kwamen liefdesgolven van onder de zeebodem. Wanneer Rayleigh-golven en andere seismische golven die worden gegenereerd door oceaanstormen, heter of koelere zones en verschillende materialen tegenkomen tijdens hun zijwaartse reis door de aarde, de studie suggereert dat hun energie verstrooit en opnieuw focust. In het proces, een deel van het golfveld wordt omgezet in Liefdesgolven. "Als je die drukbronnen van storende oceaangolven toepast en je wacht, de aarde zal je het hele golfveld geven, "Zei Gualtieri. "Het is de aarde zelf die de liefdesgolven zal genereren."

Volgens Gualtieri, een beter begrip van hoe deze trillingen ontstaan ​​en zich door de aarde voortplanten, zou kunnen helpen om hiaten in de kennis van niet alleen het binnenste van onze planeet, maar ook van het veranderende klimaat op te vullen. Analoge seismische opnamen dateren van voor het satelliettijdperk, en hoogwaardige digitale gegevens worden al tientallen jaren gelogd.

"Deze database bevat informatie over milieuprocessen, en het is vrijwel ongebruikt, " ze zei.