Start

Slut

Seismiske brydninger!

 

Eksplosioner udsender ligesom jordskælv bølger i alle retninger. I modsætning til jordskælv er bølgerne imidlertid overvejende P-bølger; S-bølger er meget svage, hvis de overhovedet findes. Hvis man frembringer en eksplosion ved overfladen i et område, hvor Jorden er lagdelt, vil en af de mange udsendte bølger ramme den første grænse med netop den rigtige vinkel til at blive brudt vandret ind i det andet lag. Den vil derpå bevæge sig lige netop inden for det andet lag og vil på ethvert givet sted afgive bølger, som vil bevæge sig tilbage til overfladen og nå en føler eller et seismometer, som er blevet placeret for at opfange rystelserne. Dette fortsætter, så længe hastigheden af de seismiske bølger i det andet lag er større end i det overliggende lag, hvilket sædvanligvis er tilfældet. Hvert seismometer vil fra eksplosionen desuden modtage en direkte bølge, som udelukkende har bevæget sig i det øvre lag.

Den enkleste fremgangsmåde er at arrangere eksplosionen, »skudpunktet«, og en serie af seismometre i en ret linie. Ved at notere ankomsttiderne til seismometrene for både den direkte og de brudte bølger kan seismologerne så beregne P-bølgehastigheden i det øverste lag, P-bølgehastigheden i det andet lag, samt tykkelsen af det øverste lag. Andre bølger, der rammer den første grænse, vil i stedet for at blive brudt i vandret retning blive brudt ned mod den næste grænse. En af disse bølger vil ramme den anden grænse i præcis den rigtige vinkel og blive brudt vandret ind i det tredje lag, og bølger fra dette vil også til slut nå seismometrene. Således bliver det muligt at bestemme tykkelsen af det andet lag og P-bølgehastigheden i det tredje lag.

Dette er den vigtigste eksperimentelle gren inden for hele geofysikken. Den kan i princippet udvides til et hvilket som helst antal lag og grænser - men jo flere der er, jo mere indviklet bliver matematikken, især når lagene ikke er vandrette. Det eneste, der kræves, er, at eksplosionen er kraftig nok til at udsende bølger til de ønskede dybder. Denne teknik kan også benyttes, når grænserne ikke er vandrette. Dog bliver matematikken herved endnu mere kompliceret. Seismisk refraktion kan udføres både på landjorden og til søs fra skibe.

Seismiske reflektionsprofiler.
Den seismiske refraktion er et temmelig groft »instrumentre. Den er fremragende til at bestemme selve Jordens overordnede struktur samt det bredere lagdelingsmønster af den øvre del, men ved finere inddelinger bliver metoden mindre effektiv. Den forsyner os kun med de gennemsnitlige seismiske egenskaber af de undersøgte lag og kan kun opdage skarpe grænser. Metoden er ude af stand til at opløse de meget fine strukturelle særpræg, og den forenkler derfor billedet af de underjordiske strukturer.

For at bestemme finere strukturer må man anvende en noget anderledes seismisk teknik - den seismiske reflektion. Med denne metode bliver en bølge fra en seismisk kilde på overfladen sendt næsten lodret nedad og bliver reflekteret direkte tilbage til overfladen fra forskellige grænseflader i bjergarter nedenunder. Dette eksperiment gentages mange forskellige steder langs en linie, der kan være alt fra få til flere hundrede kilometer lang. På denne måde opbygges en profil af alle de reflekterede grænseflader under linien.

Til søs optages seismiske reflektionsprofiler fra et skib i konstant bevægelse. Skibet er forsynet med en seismisk bølgedanner, og bølgeopfangerne bliver slæbt efter skibet i en linie, som kaldes en »streamer«. 1 dette tilfælde er bølgekilden oftest en luftkanon, og følerne er hydrofoner – trykfølsomme apparater, der omdanner trykbølger i vandet til elektriske signaler. På land er kilden normalt en kemisk eksplosion eller en elektromekanisk anordning, som danner bølger ved at ryste jord-overfladen. Følerne er geofoner, som er meget lig de seismometre, der bruges ved opdagelse af jordskælv.

Seismisk reflektion er blevet brugt i mange år af olieindustrien under eftersøgning af oliefælder, mens forskningsgeologer kun har brugt den i større udstrækning siden 1970'erne. 11975 grundlagde amerikanerne Consortium for Continental Reflection Profiling (COCORP) på Cornell universitetet. Dette projekt skulle lave lange profiler (typisk på 50-100 km) tværs over arealer af geologisk interesse. Lignende arbejde udføres nu i Europa, Canada, Australien, Kina og Sovjet.

COCORP og andre lignende projekter viser, at skorpens geologi ikke er mindre indviklet og varieret end geologien på overfladen. Det betyder, at man ikke længere kan regne sin geologiske viden for fuldkommen, medmindre man grundigt har undersøgt strukturene helt ned til Moho.

Så længe pengene kan skaffes (for seismisk reflektionsprofilering er kostbar), vil vor søgen efter grundlæggende geologisk viden i slutningen af det 20. århundrede meget vel kunne sammenlignes med tilsvarende store landvindinger i det 19. århundrede.

Den faste indre kerne.
Det er ikke helt sandt at sige, at ingen P-bølger observeres mellem 103° og 143°. Ingen direkte og stærke P-bølger dukker op, men nogle svage gør. Gennem 1920'rne og begyndelsen af 1930'rne var den mulige oprindelse af disse svage P-bølger en kilde til megen diskussion, og et antal teorier blev afprøvet. 1 1936 viste den danske seismolog, dr.phil.h.c. Inge Lehmann (f. 1888), en af de første kvindelige seismologer, at de let kunne forklares ud fra den antagelse, at Jordens kerne ikke er helt flydende. Hvis der er en fast indre kerne, vil nogle P-bølger blive udsat for brydning i den og ved grænsen mellem ydre og indre kerne og således dukke op som svage signaler i P-bølgeskyggezonen. Lehmanns forslag blev godkendt af den tids førende seismologer og har været accepteret lige siden, selv om der stadig ikke er endeligt bevis for det.

Mohole-fiaskoen.
I 1957 mødtes en lille gruppe fremtrædende videnskabsmænd i Washington, DC, hvor de udviklede en plan om at bore et hul tværs gennem Jordens skorpe og ned i kappen. Videnskabs-mændene var »medlemmer« af American Miscellaneous Society (AMSOC) - »Det blandede, amerikanske Selskab« - en »organisation« uden formelle møder, medlemsliste, vedtægter, ledere eller publikationer. Faktisk fandtes AMSOC slet ikke, det var en forening, som i spøg var oprettet som en harmløs karikatur af de sædvanlige videnskabelige selskaber. Dens eneste tilkendegivelse var en sammenkomst i ny og næ over et glas i en klub i Washington.

Ideen med at bore ned til Moho - eller Moholeprojektet, som det senere blev kaldt - var måske heller ikke helt seriøs. Videnskabsmændene blev aldrig helt klar over, hvordan det kunne gavne

videnskaben, og den teknologi, planen krævede, gik helt klart ud over borekunstens formåen. Men 1950'erne var den tid, hvor den amerikanske regering i stor stil var begyndt at støtte videnskaben. Indstillingen var, at statskassen ville stå til rådighed for næsten alt videnskabeligt. Desuden var geologer, geografer og geofysikere begyndt at føle sig krænkede over, at de store penge gik til fysikken og udforskningen af rummet.

Men hvad end motivet har været, fik projektet snart vind i sejlene. AMSOC blev optaget i det fornemme nationale akademi for videnskaber, projektet fik økonomisk støtte fra den nationale fond for videnskab, en ingeniør med forstand på oceanografi blev udpeget til at lede projektet, og et lille prøve hul blev boret ud for Californiens kyst. Denne fase 1 blev en bragende succes og modtog offentlig anerkendelse fra præsident Kennedy. Bl.a. fordi der sattes verdensrekord ved at bore 197 m ned i havbunden under næsten 3 km vand.

Men derefter begyndte projektet at falde fra hinanden. Ingen af deltagerne havde erfaring i den finansielle planlægning af teknologiske projekter. Den ene måned blev udgifterne til projekt Mohole sat til 5 millioner dollars, og den næste til 14 millioner dollars. Nogle sagde, at det ville være klogere at bore et middeldybt hul før det endelige hul til kappen, andre ønskede at gå direkte mod hovedmålet. Endvidere var hele affæren nu (1961-62) begyndt at tage så megen tid, at de fleste af de oprindelige videnskabsmænd ønskede at forlade det. Det samme ville også det nationale akademi for videnskaber, der ikke var oprettet med henblik på at styre større ingeniørarbejder.

Til slut blev planlægningen udbudt i licitation af den nationale fond for videnskab. Det vindende bud var ikke det, som fonden havde valgt, men kom fra et ingeniørfirma hjemmehørende i samme valgkreds som formanden i den kongreskomite, der var ansvarlig for tildelingen af midler til selv samme nationale fond. Med stor forsinkelse anslog firmaet så projektets pris til 68 millioner dollars, selv om fonden indrømmede, at den kunne stige til 125 millioner dollars. Kongressen stejlede ved udgiften og den politiske strid omkring valget af firma. I august 1966 blev finansieringen stoppet. Mohole-projektet var dødt.