Sismik Tomografi ve Dünya Yapısı
Sismologlar, sismik dalgaların varış sürelerini ve dalga biçimlerini tersine çevirerek, Dünya'nın iç yapısının üç boyutlu görüntülerini oluşturmaktadır. Bu görüntüler, yer kabuğu, manto ve çekirdeği ile konveksiyon ve tektoniği haritalandıran hız anormalliklerini ortaya koymaktadır.
Tanım
Sismik tomografi, Dünya içindeki sismik hızın üç boyutlu görüntülerini, geniş varış süresi ve dalga biçimi ölçüm setlerinden yeniden oluşturan bir ters problem metodolojisidir ve tek boyutlu referans modellerle birlikte Dünya'nın iç yapısı hakkındaki bilgimizi tanımlamaktadır.
Kapsam
Bu konu, sismik gözlemlerden Dünya'nın iç yapısının belirlenmesini kapsamaktadır: başlıca sınırların (Moho, çekirdek-manto sınırı, iç çekirdek) keşfi, referans Dünya modelleri ve üç boyutlu hız değişimleri için varış süresi ve dalga biçimi verilerinin tomografik inversiyonu. Konu, cisim dalgası ve yüzey dalgası tomografisini, iyi tanımlanmamış ters problemlerin (ill-posed inverse problems) çözünürlüğünü ve düzenlileştirilmesini (regularization) ve hız anormalliklerinin sıcaklık, bileşim ve akış açısından yorumlanmasını ele almaktadır. Vurgu, kaynağın kendisinden ziyade iç yapının görüntülenmesi üzerinedir.
Temel sorular
- Dünya'nın başlıca iç sınırları sismik olarak nasıl keşfedilmiştir?
- Varış süreleri ve dalga biçimleri, üç boyutlu hız yapısı için nasıl tersine çevrilmektedir (inversiyon yapılmaktadır)?
- Tomografik görüntülerin çözünürlüğünü ne sınırlamaktadır ve inversiyon nasıl stabilize edilmektedir?
- Hız anormallikleri sıcaklık, bileşim ve akış açısından nasıl yorumlanmaktadır?
Anahtar kavramlar
- Referans Dünya modelleri ve radyal hız yapısı
- Mohorovicic süreksizliği, çekirdek-manto sınırı ve iç çekirdek
- Cisim dalgası ve yüzey dalgası tomografisi
- Ters problemler, düzenlileştirme (regularization) ve çözünürlük
- Sıcaklık ve bileşim için vekil olarak hız anormallikleri
Temel kuramlar
- Katmanlı referans Dünya modeli
- Onlarca yıllık varış süresi verileri, PREM gibi küresel simetrik referans modellerine sentezlenmiştir; bu modeller hız, yoğunluk ve zayıflamayı derinliğin fonksiyonları olarak belirtmekte ve üç boyutlu anormalliklerin ölçüldüğü bir temel sağlamaktadır.
- Tomografik inversiyon
- Sismik tomografi, görüntülemeyi doğrusallaştırılmış bir ters problem olarak ele almaktadır; gözlemlenen varış sürelerindeki veya dalga biçimlerindeki pertürbasyonları, ışın yolları veya duyarlılık çekirdekleri (sensitivity kernels) boyunca hızdaki pertürbasyonlarla ilişkilendirmekte ve üç boyutlu yapıyı elde etmek için düzenlileştirilmiş sistemi çözmektedir.
Mekanizmalar
Sismik hız, kayacın elastik modüllerine ve yoğunluğuna bağlıdır; bunlar sıcaklık, bileşim, faz ve eriyik veya sıvıların varlığına göre değişmektedir. Soğuk, yoğun malzeme genellikle hızlı, sıcak veya kısmen erimiş malzeme ise yavaş seyretmektedir. Bu nedenle, birçok kesişen ışın yolu üzerinden tersine çevrilen bir hız görüntüsü, iç yapının termal ve bileşimsel durumunun bir vekil haritası haline gelmektedir.
Klinik önem
Mantoya ait tomografik görüntüler, dalma-batma zonlarındaki levhaların (subducted slabs) ve yükselen manto tüylerinin (rising plumes) konumunu kısıtlamakta, iç yapıyı levha hareketleri ve sıcak nokta volkanizması ile ilişkilendirmekte ve kabuksal ölçeklerde tehlike ve kaynak çalışmalarını desteklemektedir. Referans modeller ise dünya genelindeki deprem konumlandırmasına temel oluşturmaktadır.
Tarihçe
Mohorovicic, 1909'da yer kabuğu-manto sınırını tanımlamış, Gutenberg çekirdek-manto sınırını konumlandırmış ve Lehmann 1936'da iç çekirdeği keşfetmiştir. 1981 tarihli Ön Referans Dünya Modeli (Preliminary Reference Earth Model) ve 1980'lerde hesaplamalı tomografinin yükselişi, derin Dünya'nın üç boyutlu görüntülenmesi çağını açmıştır.
Öne çıkan isimler
- Inge Lehmann
- Andrija Mohorovicic
- Adam Dziewonski
- Don Anderson
İlgili konular
Temel eserler
- dziewonski1981
- nolet2008
- lehmann1936
Sıkça sorulan sorular
- Sismik tomografi, tıbbi bir BT taramasına nasıl benzemektedir?
- Her ikisi de, vücudu farklı yönlerde kesen yollar boyunca yapılan birçok ölçümden bir iç görüntü yeniden oluşturmaktadır; sismik tomografide ışınlar sismik dalgalardır ve görüntülenen nicelik, kayacın sıcaklığı ve bileşimi ile değişen dalga hızıdır.
- Dünya'nın katı bir iç çekirdeğe sahip olduğunu nasıl bilmekteyiz?
- Inge Lehmann 1936'da, Dünya'nın uzak tarafına ulaşan belirli sismik dalgaların, ancak sıvı dış çekirdeğin, dalgaları farklı şekilde kıran belirgin bir katı iç çekirdeği çevrelemesi durumunda açıklanabileceğini bulmuştur; bu yapı o zamandan beri birçok başka gözlemle doğrulanmıştır.