Korištenje GPS podataka za model djelovanja plimnih opterećenja na površini Zemlje
Za mnoge ljude, Global Positioning System (GPS) satelitska tehnologija, je nešto više od high-tech verzija tradicionalne papirnate karte. Korišten u automobilu kao navigacijski sustav i u pametnim telefonima, GPS pomaže ljudima naći svoj put u novom susjedstvu ili da lociraju obližnji restoran. No, GPS radi mnogo, mnogo više za istraživače na California Institute of Technology (Caltech): pomaže im u boljem razumijevanju Zemljine unutarnje strukture.
Do sada, najbolji način za istraživanje Zemljine unutarnje strukture (za mjerenje geoloških svojstava kao što su gustoća i elastičnost) bio je kroz seizmologiju i laboratorijske eksperimente. "Na svojoj najosnovnijoj razini, seizmologija je osjetljiva na određene kombinacije tih svojstava koji kontroliraju brzinu seizmičkih valova", kazao je Mark Simons, profesor geofizike na Caltechovom Seizmološkom laboratoriju, dio Zavoda za geološke i planetarne znanosti. "Međutim, teško je korištenjem same seizmologije odvojiti učinke koji variraju u gustoći su od onih koju su povezani s varijacijama u elastičnim svojstvima."
Sada Simons i Takeo Ito, gostujući suradnik na Seizmološkom laboratoriju i docent na Nagoya Sveučilištu u Japanu, koriste podatke iz GPS satelitskih sustava na potpuno novi način: za mjerenje čvrstoće Zemlje kao odgovor na kretanja oceanske plime- što predstavlja veliki stres na površini Zemlje. Na taj način procijenjuju odvojeno učinke Zemljine gustoće i svojstva kontrole reakcije kada se na njih primjenjuje sila (poznato kao elastična modula). Njihov rad objavljen je u ovotjednom broju Science Expressa.
Pomoću vrlo preciznog mjerenja Zemljinog kretanja, kontinuirano bilježeći stalne GPS prijemnike instalirane diljem zapadnih Sjedinjenih Država po pločnim rubnim opservatorijima (PBO), istraživači su bili u mogućnosti promatrati plimom inducirana pomicanja veličine od jednog milimetra. Tim je usmjeren na razumijevanje svojstava astenosfere, sloja slabog i viskoznoga gornjeg plašta koji se nalazi ispod Zemljine kore, a ta mjerenja koristi za izgradnju jednodimenzionalnih modela Zemljinih reakcija na diurnalne plime u zapadnom dijelu Sjedinjenih Država.
"Astenosfera igra važnu ulogu u tektonici ploča jer se nalazi neposredno ispod ploče," objašnjava Ito. "Rezultati našeg istraživanja pomažu nam u boljem razumijevanju astenosfere, što nam zauzvrat može pomoći da shvatimo kako se same ploče pomiču." Modeli pružaju pogled na varijacije u gustoći od površine Zemlje do dubine od oko 400 kilometara. Istraživači su otkrili da je gustoća astenosfere ispod zapadnih Sjedinjenih Država i istočnog Tihog oceana neprimjereno niska u odnosu na globalni prosjek.
''Varijacije u gustoći mogu biti uzrokovane varijacijama u kemijskom sastavu materijala, zbog djelovanja toplinskog širenja pri čemu će se danome materijalu smanjiti gustoća kako temperatura raste", objašnjava Simons. "U ovoj studiji smo protumačili da promatrane anomalije gustoće nastaju zbog utjecaja povišene temperature u astenosferi ispod zapadnih Sjedinjenih Država i susjednih područja na moru. Najviša potrebna temperatura anomalija bi trebala biti oko 300 stupnjeva Cº veća od globalnoga prosjeka tih dubina. "
Ovaj tip podataka ključan je za razumijevanje kemijske i mehaničke dinamike planeta, kao što su kako toplinski tokovi teku kroz plašt, te kako se razvijaju tektonske ploče na Zemljinoj površini. "Nevjerojatno je da mjerenjem ''dvaput-na-dan centimetara'' skale cikličkih kretanja Zemljine površine sa GPS prijemnikom, možemo zaključiti varijacije gustoće 220 km ispod površine, "kaže Simons. Sada, kada istraživači znaju da je moguće korištenjem GPS-a izvesti mjerenja unutrašnje strukture Zemlje, znanstvenici predviđaju nekoliko novih pravaca za potrebe ovog istraživanja.
''Nadamo se da ćemo proširiti opažanja u globalnom okviru, što može zahtijevati privremenu implementaciju GPS-a u važnim područjima koja su obično tektonski blaga- drugim riječima, bez značajnih potresa i vulkana i stoga nemaju postojeća gusto kontinuirana GPS polja'', izjavio je Simons. Sljedeći koraci mogu uključivati i korak dalje od trenutnih jednodimenzionalnih dubina, ovisno o modelima za izgradnju 3-D modela i kombinirajući GPS pristup s konvencionalnijim seizmičkim pristupom.
''Metoda razvijena za prikupljanje podataka iz GPS uređaja ima značajan potencijal za poboljšanje 3-D slike Zemljine unutarnje strukture", kazao je Ito.