در عمق تقریبی سه هزار کیلومتری زیر سطح زمین، جایی که دما و فشار به مقادیر فوق‌العاده‌ای می‌رسند، لایه‌ای شگفت‌انگیز با رفتاری نامعمول وجود دارد که برای دهه‌ها ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود. در این ناحیه که با عنوان Dʺ شناخته می‌شود، امواج لرزه‌ای برخلاف انتظار شتاب می‌گیرند، پدیده‌ای که تا کنون توضیح علمی دقیقی نداشت. اکنون، گروهی از محققان دانشگاه ETH زوریخ به رهبری موتوهیکو موراکامی موفق شده‌اند با انجام آزمایش‌هایی پیشرفته، پرده از راز این ناحیه بردارند. یافته‌های آنان نشان می‌دهد که در این عمق، سنگ جامد می‌تواند به شیوه‌ای شبیه به مایع جریان یابد؛ اما این جریان نه به معنای ذوب شدن سنگ و تبدیل آن به گدازه، و نه به معنای شکنندگی آن است. این رفتار وابسته به ساختار بلوری خاصی در سنگ به نام پست‌پرووسکایت است که در اثر فشار و دمای بالا به‌صورت منظم در یک جهت خاص قرار می‌گیرد و همین آرایش جهت‌دار، عامل اصلی افزایش سرعت امواج لرزه‌ای است.
به گزارش رسانه اخبار فناوری تک فاکس، این دستاورد نتیجه سال‌ها پژوهش و پیگیری یک معمای دیرینه است. از دهه ۱۹۷۰ میلادی، دانشمندان متوجه شدند که در ناحیه‌ای نزدیک به مرز بین هسته و گوشته زمین، سرعت امواج زلزله به‌طور ناگهانی تغییر می‌کند. اما دلیل دقیق این تغییر مشخص نبود. در سال ۲۰۰۴، موراکامی برای نخستین‌بار دریافت که ماده معدنی غالب در گوشته پایینی زمین یعنی پرووسکایت، تحت شرایط خاصی به ماده‌ای جدید با ساختار متفاوت به نام پست‌پرووسکایت تبدیل می‌شود. این کشف، تحولی در شناخت ساختار زمین به وجود آورد، اما هنوز به‌تنهایی قادر به توضیح رفتار امواج لرزه‌ای در لایه Dʺ نبود. سه سال بعد، در سال ۲۰۰۷، این تیم تحقیقاتی با بهره‌گیری از شبیه‌سازی‌های پیشرفته رایانه‌ای متوجه شد که خواص مکانیکی پست‌پرووسکایت به جهت‌گیری بلورهای آن بستگی دارد. به بیان دیگر، تنها زمانی که تمامی بلورها در یک جهت مشخص هم‌راستا شوند، موج لرزه‌ای می‌تواند با سرعت بیشتری از آن عبور کند.
در آزمایش‌هایی که به‌تازگی در دانشگاه ETH زوریخ انجام شده، موراکامی و همکارانش موفق شدند شرایط فشار و دمای ناحیه Dʺ را در محیط آزمایشگاهی بازسازی کنند و نحوه جهت‌گیری بلورهای پست‌پرووسکایت را در این شرایط مورد بررسی قرار دهند. با اندازه‌گیری دقیق سرعت امواج لرزه‌ای در این محیط، آن‌ها توانستند به‌طور تجربی جهش سرعتی را که پیش‌تر در داده‌های لرزه‌نگاری مشاهده شده بود، بازسازی کنند. به گفته موراکامی، این یافته‌ها در واقع قطعه گمشده‌ای از یک پازل چند دهه‌ای بودند. نتیجه نهایی این مطالعات آن بود که در اعماق زمین، سنگ جامد به‌صورت افقی جریان پیدا می‌کند و در طی این جریان، بلورهای پست‌پرووسکایت در یک راستا قرار می‌گیرند. این آرایش جهت‌دار، عامل اصلی پدیده‌ای است که لرزه‌شناسان سال‌ها آن را بدون توضیح علمی مشاهده کرده بودند.
اما سوال اصلی اینجاست: چه عاملی موجب این جریان افقی سنگ در ناحیه‌ای با چنین فشار و دمایی می‌شود؟ پاسخ، پدیده‌ای است که زمین‌شناسان مدت‌ها آن را به‌صورت نظری پیش‌بینی کرده بودند: همرفت جامد در گوشته. به‌طور ساده، همرفت به معنای حرکت چرخشی ماده در اثر اختلاف دما است، مشابه آنچه در آب در حال جوش می‌بینیم. در مورد گوشته زمین، این حرکت نه در مایع بلکه در سنگ جامد رخ می‌دهد که تحت فشار بالا رفتاری مشابه مایعات از خود نشان می‌دهد. موراکامی و همکارانش برای نخستین‌بار موفق شدند این حرکت را نه در سطح تئوری، بلکه در محیط آزمایشگاهی و با شواهد تجربی اثبات کنند. این یافته نه‌تنها درک ما از ساختار داخلی زمین را به سطحی تازه می‌برد، بلکه می‌تواند به مدل‌سازی دقیق‌تر رفتارهای زمین‌ساختی نیز کمک کند.
در نتیجه این پژوهش، نظریه جریان سنگ جامد در عمق زمین از یک فرضیه علمی به واقعیتی تجربی تبدیل شده است. اهمیت این کشف فراتر از حل یک معمای لرزه‌شناسی است؛ چرا که نشان می‌دهد فعالیت‌های زمین‌ساختی، مانند زلزله‌ها و فوران‌های آتشفشانی، از فرآیندهای پویایی در اعماق زمین نشأت می‌گیرند. جریان سنگ در لایه Dʺ ممکن است نقش کلیدی در تولید و تنظیم میدان مغناطیسی زمین نیز داشته باشد، که خود عامل مهمی در حفاظت از سیاره ما در برابر تابش‌های کیهانی است. موراکامی این کشف را آغازی بر فصل تازه‌ای از مطالعات زمین‌شناسی می‌داند، فصلی که در آن پژوهشگران قادر خواهند بود با دقتی بی‌سابقه به ترسیم نقشه‌ای از جریان‌های پنهان درون زمین بپردازند و درک خود از دینامیک سیاره را ارتقا دهند.