Új betekintést nyújt a kozmikus sugárzás az óceáni kéreg–köpeny határ szerkezetébe
Egy nemzetközi kutatócsoport elsőként készített müográfiai felvételt a szilárd óceáni kéreg és a köpeny rétegek közötti átmeneti zónáról az ománi Szamail-ofiolitban, új lehetőséget nyitva a Föld óceáni litoszférájának szerkezetvizsgálatában.
A HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont, a japán Kanazawa Egyetem, Tokiói Egyetem, AIST és JAMSTEC kutatóintézetek, valamint az Ománi Energiaügyi és Ásványkincsek Minisztériumának kutatói kozmikus müonok mérésével elsőként jelenítették meg a világ egyik legnagyobb és legjobb állapotban fennmaradt ősi óceáni litoszféra-szakaszának belső sűrűségszerkezetét. Eredményeiket a Scientific Reports folyóirat közölte.
Bal ábra: Az óceáni litoszféra felépítésének vázlatos rajza.
Jobb ábra: A Szamail-ofiolitban fennmaradt óceáni litoszféra részek (Oláh László fényképei).
A földkéreg és a földköpeny közötti határ megismerése alapvető jelentőségű a földtudományok számára. Ezt a határfelületet Mohorovičić-diszkontinuitásnak, röviden Mohónak nevezik. Az óceánok alatt általában 5–7 kilométerrel a tengerfenék, a kontinensek alatt pedig jellemzően 20–40 kilométerrel a felszín alatt található. A Moho kulcsszerepet játszik a Föld belsejében zajló hő-, magma- és fluidumáramlási folyamatokban, amelyek meghatározzák az óceáni kéreg kialakulását és fejlődését, a lemeztektonikai folyamatokat, a vulkáni működést, a geotermikus rendszereket, valamint számos ásványkincs feldúsulását. A vizsgálatot nehezíti, hogy az óceáni litoszférát normál esetben tengervíz és üledék fedi, ezért rendkívül nehéz tanulmányozni, ám előfordul, hogy a lemezmozgások egy darab óceáni litoszférát felgyűrnek és rátolnak egy kontinens szélére. Ezt a felszínre került óceáni kőzetdarabot nevezik ofiolitnak. Az ománi Szamail-ofiolit a világ egyik legnagyobb és legépebben megmaradt ilyen szakasza, amely így a szárazföldön tanulmányozható. „A kéreg–köpeny átmeneti zóna belső szerkezetét rendkívül nehéz közvetlenül vizsgálni, mert a rendelkezésre álló módszerek vagy laboratóriumban elemzett kis kőzetmintákra támaszkodnak, vagy jóval nagyobb földtani térfogatok átlagos tulajdonságairól szolgáltatnak információt” – mondta Susumu Umino, a Kanazawa Egyetem professzora.
A nemzetközi kutatócsoport ezt a problémát a müográfia módszerével oldotta meg. Ez a képalkotó eljárás a Föld légkörében természetes módon keletkező nagy energiájú müonokat használja fel. Ahogyan a röntgensugarak lehetővé teszik az emberi test belső szerkezetének feltárását, úgy a müográfia is alkalmas nagy földtani képződmények belsejének vizsgálatára az áthaladó müonok számának mérésével.
A kutatók egy nagy felbontású, magyar fejlesztésű müográfiai detektort telepítettek az észak-ománi Wadi Fizh területén a Szamail-ofiolitban, amely a szárazföldön feltáruló ősi óceáni kéreg és felső köpeny legnagyobb és legjobb állapotban fennmaradt darabja. A detektor mintegy 400 méteres távolságból 171 napon keresztül folyamatosan gyűjtötte a kozmikus sugárzásból származó müonok adatait, és kb. 3,5 méteres térbeli felbontású sűrűségképet készített az ofiolitról.
„A mérések azt mutatták, hogy a Wadi Fizh térségében található Moho átmeneti zóna (Moho Transition Zone, MTZ) jóval összetettebb, mint a kéreg és a köpeny közötti egyszerű, fokozatos átmenet. Az óceáni kéreg alsó részét alkotó réteges gabbrók (LGb) átlagos sűrűsége 3,03 g/cm³, míg az átmeneti zónában található kisebb sűrűségű területek (2,72 g/cm³) a kőzetek fokozott átalakulására utalnak. Ezek alatt nagyobb sűrűségű régiók (3,38 g/cm³) figyelhetők meg, amelyek összhangban vannak a vékony gabbróréteg által fedett, köpenyeredetű peridotitok (Hz) jelenlétével” – ismertette Oláh László, a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpont tudományos főmunkatársa.
Az eredmények azt mutatják, hogy a Wadi Fizh térség kéreg–köpeny átmeneti zónája térben erősen változatos felépítésű, és olyan szerkezeti eltéréseket tár fel, amelyeket a hagyományos geofizikai megfigyelések önmagukban nem képesek kimutatni. A vizsgálat új ismereteket nyújt az óceáni litoszféra belső szerkezetéről, és hozzájárul a kéreg–köpeny határt alakító földtani folyamatok jobb megértéséhez.
A konkrét földtani eredményeken túl a kutatás azt is bizonyítja, hogy a müográfia rendkívül ígéretes geofizikai képalkotó módszer. Áthidalja a laboratóriumi mérések és a hagyományos geofizikai vizsgálatok közötti léptékkülönbséget, lehetővé téve a sűrűségváltozások folyamatos, helyszíni feltérképezését több tíz vagy akár több száz méteres skálán. Ez a módszer a jövőben fontos kiegészítője lehet a földtani szerkezetek, vulkáni rendszerek, geotermikus erőforrások, ásványkincsek kutatásának, valamint a felszín alatti folyamatok vizsgálatának.
Felső kép: A müográfiai mérőrendszer a Wadi Fizh-i mérési helyszínen, Ománban.
Alsó kép: Az első müográfiai sűrűségkép egy óceáni kéreg–köpeny határról.
