Lodowe ucho. Najgłębiej umieszczone czujniki na świecie będą nasłuchiwać trzęsień ziemi
Na powierzchni rozległa pokrywa lodowa Antarktydy wydaje się nieruchoma i niezmienna. Jednak głęboko pod spodem przez lądolód rozchodzą się drgania towarzyszące ruchom płyt tektonicznych, a naukowcy zyskali nowy potężny zestaw narzędzi do wsłuchiwania się w te wibracje. U.S. Geological Survey (USGS), współpracując z IceCube Neutrino Observatory znajdującym się na biegunie południowym, zainstalowała na głębokości 2,5 km pod lodem dwa sejsmometry. To rekordowa głębokość. Instrumenty będą rejestrowały z niespotykaną dotychczas dokładnością wszystkie trzęsienia ziemi o magnitudzie 5 lub większej pojawiające się w dowolnym miejscu planety. Mają pomóc naukowcom w zdobyciu nowych informacji na temat budowy głębszych warstw globu.
Biegun południowy jest jednym z najcichszych miejsc na Ziemi, ponieważ znajduje się tam bardzo niewiele infrastruktury stworzonej przez człowieka i nie ma „szumów” związanych z ruchem obrotowym Ziemi, które mogą zniekształcać dane sejsmiczne. Umieszczone tak głęboko sejsmometry będą również wolne od zmian ciśnienia atmosferycznego także mogących zakłócać zapis urządzeń, mówi geofizyk z USGS Robert Anthony, kierownik projektu Deep Ice Seismometer.
Technicy i naukowcy wydrążyli otwory w lodzie, kierując w jego stronę gorącą wodę pod dużym ciśnieniem. „Takie wiertło wytwarza tyle energii, ile najpotężniejsza lokomotywa parowa, jaką kiedykolwiek zbudowano, i kieruje ją przez szczelinę wielkości jednopensowej monety” – mówi Anthony. Przy tempie wynoszącym około jednego metra na minutę wykonanie całego otworu zajmuje około 50 godzin. Zespół ma kolejne 50 godzin na opuszczenie aparatury pomiarowej, zanim ponownie wytworzy się lód. Aby poradzić sobie z ciśnieniem na głębokości 2,5 km, sejsmometry zamknięto w obudowie ze stali nierdzewnej zaprojektowanej tak, by wytrzymała nacisk około 700 kg/cm2.
Każdy sejsmometr zawiera niewielkie wahadło zawieszone w polu magnetycznym – gdy do czujnika dociera drganie, mierzy on siłę pola magnetycznego potrzebną do utrzymania wahadła w bezruchu. „Pozwala nam to rejestrować ruchy gruntu o niższych częstotliwościach włącznie z pływami pojawiającymi się w skałach w wyniku grawitacyjnego oddziaływania Słońca, Ziemi i Księżyca” – mówi Anthony. Naukowcy mogą wykorzystać te dane do szybkiego określenia, w jaki sposób przesunął się uskok, generując trzęsienie ziemi. Sejsmometry mogą też pomóc w ustaleniu, czy to przesunięcie skał doprowadziło do powstania tsunami. Zdaniem badaczy stacja na biegunie południowym wypełnia istotną lukę w globalnym systemie monitoringu sejsmicznego ze względu na swoje oddalenie od innych stacji pomiarowych oraz brak zakłóceń wynikających z ruchu wirowego planety.
„Fale sejsmiczne nie tylko wstrząsają powierzchnią globu; one rozchodzą się we wszystkich kierunkach, także w dół” – mówi David Wilson, dyrektor Global Seismographic Network. Sejsmometry umieszczone na dużej głębokości mogą być szczególnie skuteczne w rejestrowaniu fal sejsmicznych o dużej długości wywoływanych przez silne trzęsienia ziemi (o magnitudzie co najmniej 7). „Po takim silnym wstrząsie fale mogą się utrzymywać przez wiele miesięcy, ponieważ energia nie ma gdzie się rozproszyć – mówi Wilson. – Wyobraź sobie, że uderzasz w dzwon. Będzie dzwonił tak długo, aż energia tego uderzenia ulegnie dyssypacji”.