Hubbleův dalekohled pro geology - tak odborníci přezdívají rozsáhlé síti seismických stanic, která „poslouchá“, co se děje pod Severní Amerikou. Jejím úkolem je zmapovat, jak vypadají hlubiny pod tímto kontinentem. O ambiciózním projektu s názvem USArray nedávno informoval časopis New Scientist.
„Zkoumáme vzdálené planety, a přitom máme jen mlhavou představu o tom, co se odehrává pod našima nohama,“ říká Robert Busby, manažer projektu z výzkumného střediska IRIS ve Falmouthu ve státě Massachusetts. V roce 2004 proto začala v Kalifornii vznikat síť seismických stanic, vzdálených od sebe přibližně 70 kilometrů. V první fázi pokrývala západní část Spojených států od severu k jihu.
Každou stanici tvoří zařízení pro záznam seismických vln, vyvolaných zemětřeseními, sopkami, ale také například příbojovými vlnami narážejícími na pobřeží. Stanice je umístěna dva metry pod povrchem v sudu, který ji chrání před rušivými vlivy, a je napojena na zařízení pro přenos dat a na solární panel.
Po dvou letech vědci nejzápadnější řadu přístrojů opět vyjmuli ze země a přesunuli ji na opačný okraj sítě. Tak se celá soustava pomaličku přesunuje na východ a postupně do roku 2013 zmapuje celé Spojené státy. Nyní se nachází na východě Skalnatých hor. Nejzajímavější místa mohou odborníci podrobněji sledovat hustší sítí dalších dvou tisíc přenosných stanic.
Přístroje musí být umístěny co nejdál od civilizace, aby je nerušily pumpy, projíždějící vlaky, nákladní automobily a podobně. Najít pro ně optimální místo není vždy jednoduché. Studenti dobrovolníci o prázdninách objíždějí vhodné lokality a domlouvají se s jejich majiteli. Nicméně majitelé pozemků, kde by se daly stanice umístit, je mohou také sami nabídnout prostřednictvím webových stránek.
K čemu je to všechno dobré? V různých horninách se seismické vlny šíří rozdílnou rychlostí, nejrychleji putují tvrdou a chladnou horninou. Když tedy vědci změří, za jak dlouho dorazí například dozvuky vzdáleného zemětřesení k jednotlivým stanicím, dokážou podle toho odhadnout, jakým prostředím putovaly.
„Podobná síť existuje například v Japonsku, ale používá se převážně k detekci zemětřesení. V Evropě také probíhaly podobné projekty, ale v menším měřítku. Zaměřovaly se na vybrané linie, takže výsledkem byl pomyslný průřez horninou. Americká síť je unikátní svým rozsahem a tím, že umožní trojrozměrné modelování,“ říká František Gallovič z katedry geofyziky Matematickofyzikální fakulty UK v Praze.
Další výhodou je možnost „nahlédnout“ do větších hloubek, než mohou dosavadní přístroje. Přijímá totiž i vlny ze vzdálených míst, která jsou při pohledu na globus vzdálená 30 až 80 stupňů. Samotná zemětřesení sice vznikají v hloubkách do několika stovek kilometrů, ale síť díky svému velkému rozsahu zachytí i vlny, které k přístrojům doputovaly z dalekých zdrojů skrz hlubší vrstvy hornin. Podle autorů projektu umožňuje síť modelovat strukturu zemského pláště až do hloubky 2900 km, tedy do míst, kde se stýká s horkým jádrem.
Záhada yellowstonského parku Přestože se síť zatím nedostala ani do poloviny Spojených států, přinesla už pozoruhodné výsledky. Právě západní část kontinentu je totiž pro geology nejzajímavější. Mezinárodní tým vědců s pomocí sítě USArray poodhalil, co se děje pod slavným yellowstonským parkem. Výsledky zveřejnil časopis Nature Geoscience.
Yellowstonský park proslul svými gejzíry a vulkanickou činností. Už dnes odborníci vědí, že pod ním dříme obří sopka, která naposledy vybuchla před 640 tisíci lety. Tehdy vytvořila kilometr hluboký kráter a své okolí pokryla dvoumetrovou vrstvou popela.
Jak se ale takto aktivní oblast ocitla uprostřed kontinentu? „Pro geology je to záhadou. Vulkanická činnost se obvykle objevuje do pár set kilometrů za subdukcí, tedy za místem, kde se jedna litosférická deska podsouvá pod druhou. Takovou oblast sice na západním pobřeží Severní Ameriky najdeme, ale yellowstonský park je od ní příliš daleko, přes tisíc kilometrů,“ říká František Gallovič. Už dřívější výzkumy odhalily, že se pod Severoamerickou desku ze západu podsunula tzv. Farallonská deska, která předtím tvořila oceánské dno. Při tomto procesu vznikly Skalnaté hory.
Vědci mají hypotézu s následujícím scénářem: Farallonská deska se nejprve pohybovala téměř vodorovně, ale pak narazila na tvrdé jádro kontinentu. Tak se postupně zanořila hlouběji a zároveň se rozlámala na menší kusy. Síť USArray odhalila její části, které do sebe zapadají jako skládačka.
Vznik yellowstonského vulkánu má podle odborníků na svědomí tzv. pluma, tedy masa horkého materiálu, který začal z pláště stoupat vzhůru. Postupně si prorazila cestu k povrchu, což jí polámaná deska usnadnila. Právě pod parkem se totiž nachází mezera mezi jednotlivými úlomky.
„Přibližnou polohu některých částí Farallonské desky zmapovaly už dřívější výzkumy. Ale USArray ji poprvé umožní prozkoumat podrobněji a zcela systematicky,“ říká František Gallovič.
Klidný východ?
Východní část kontinentu, kam se síť bude postupně přesouvat, je seismicky mnohem klidnější. Přesto i tam může odborníky potkat překvapení. Těší se například na lokalitu kolem Nového Madridu v Missouri, kde na přelomu let 1811 a 1812 došlo k sérii ničivých zemětřesení. Při jednom z nich se údajně rozezněly zvony v 1500 km vzdáleném Bostonu.
Poblíž Nového Madridu se nachází asi 200 km dlouhá průrva zvaná Reelfoot Rift. Průrvy vznikají tak, že se od sebe části litosférické desky začnou oddalovat a prostor mezi nimi se propadá. Příčiny tohoto jevu ale vědci zatím neznají. Pomocí sítě USArray se chtějí přesvědčit, zda se na zdánlivě poklidné části kontinentu nenacházejí podobné průrvy, které o sobě zatím na rozdíl od Reelfoot Riftu nedaly vědět.
Odborníky zajímá také oblast, která se táhne od severu k jihu podél východního pobřeží. Zhruba v hloubce 600 km se tam nachází měkká hornina, v níž se seismické vlny šíří pomaleji než jinde. Nelze vyloučit, že tam v budoucnu -v řádu několika milionů let - vznikne další zlom doprovázený vulkány a zemětřesením. Zatím vědci o tomto území nemají bližší informace, ale to se změní už za pár let, až se tam přesune síť seismických stanic.
***
Co se skrývá pod povrchem
Zmapovat geologickou strukturu zemského pláště do hloubky 2900 km je cílem ambiciózního projektu USArray. Záznamy seismických vln ze zemětřesení, sopečné činnosti a dalších zdrojů umožňují modelovat horninu, jíž vlny procházejí.
Pod Severoamerickou litosférickou desku se v minulosti ze západu podsunula tzv. Farallonská deska, přičemž vznikly Skalnaté hory. 2 Deska narazila na jádro kontinentu a rozlámala se na kusy. 3 Mezerou mezi nimi stoupá horký materiál z pláště, 4 který dal vzniknout vulkanicky 5 aktivnímu Yellowstonskému 6 národnímu parku.
Seismické stanice tvoří měřicí aparatura umístěná dva metry pod povrchem v sudu, který ji izoluje od rušivých vlivů. Přístroj je napojený na zařízení pro přenos dat a napájecí solární panel.
Síť USArray je složena ze čtyř stovek
seismických stanic, které se postupně 2011 přesunují ze západu na východ. Projekt zahájený v roce 2004 na západním pobřeží se nyní nachází nad Skalnatými horami. Do roku 2013 má zmapovat celé Spojené státy. Síť doplňuje 2000 přenosných stanic, které mohou detailněji zmapovat vybrané oblasti.
