Vibrace se šíří naší planetou ve vlnách, jako akordy vycházející z rozezvučené kytary. Zemětřesení, sopky a ruch lidské činnosti některé z těchto seismických vln rozrušují. Mnoho dalších se ozývá z větrem hnaných oceánských bouří.

Když bouře rozbouří světová moře, větrem bičované vlny na povrchu se vzájemně ovlivňují jedinečným způsobem, který vytváří tlakové rázy podobné pístům na mořském dně a generuje proud slabých otřesů, které se vlní Zemí do všech koutů zeměkoule.

„V těchto okolních seismických datech je otisk těchto tří zemských systémů: atmosféry, skalnatých vnějších vrstev Země a oceánu,“ uvedla geofyzička ze Stanfordovy univerzity Lucia Gualtieri, hlavní autorka článku v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences, který pomáhá vyřešit desetiletí trvající hádanku ohledně fyziky seismických vln souvisejících s oceánskými bouřemi.

Známé jako sekundární mikroseismy, malé seismické vlny vybuzené duněním oceánů jsou tak všudypřítomné a chaotické, že seismologové dlouho odkládali tato data stranou. „Při záznamu těchto vln vypadá seismický záznam jako náhodný šum, protože je zde tolik zdrojů, jeden blízko druhého v celé rozšířené oblasti bouře. Všechny působí ve stejnou dobu a výsledná vlnová pole se navzájem ruší,“ řekl Gualtieri. „Chcete je prostě zahodit.“

V posledních 15 letech však vědci našli způsob, jak z těchto zašuměných dat získat význam. Analýzou toho, jak rychle dvojice vln putují od jedné seismické stanice k druhé, začali získávat poznatky o materiálech, kterými procházejí. „Seismické vlny používáme podobně jako rentgenové paprsky v lékařském zobrazování pro skenování Země,“ řekl Gualtieri, který je docentem geofyziky na Stanfordské škole věd o Zemi, energii & a životním prostředí (Stanford Earth).

Milostné vlny ze dna oceánu

Na rozdíl od jediné oceánské vlny valící se po hladině, která odumře dříve, než dosáhne hlubin moře, může chaotická interakce vln putujících v opačných směrech během bouře vytvořit na hladině kývavý pohyb nahoru a dolů, který pulzuje až do pevného zemského podloží. Vibrace známé jako Rayleighovy vlny se pak od tohoto impulsu šíří směrem ven a pohybují zemí nahoru a dolů.

Po desetiletí vědci chápali vertikální složku mikroseismů oceánských bouří, kde Rayleighovy vlny dominují. Existuje však ještě jedna skupina vibrací zaznamenaných během oceánských bouří, která je v přijatých teoriích o tom, jak bouřlivá moře vyvolávají pohyby v pevném zemském tělese, nevysvětlitelná. Tyto vibrace, pojmenované po svém objeviteli z 20. století Loveovy vlny, zmítají částicemi podzemních hornin ze strany na stranu – kolmo na jejich cestu vpřed – jako plazící se had. „Tyto vlny by tam vůbec neměly být,“ řekl Gualtieri. „Nevěděli jsme, odkud přicházejí.“

Vědci předložili dvě pravděpodobná vysvětlení. Jedním z nich je myšlenka, že když vertikální síla čerpající dolů ze srážejících se oceánských vln narazí na svah na mořském dně, rozdělí se a vytvoří dva různé typy povrchových vln: Rayleighovy a Loveovy vlny. „V takovém případě by se zdroj Loveových vln nacházel velmi blízko zdroje Rayleighových vln, ne-li na stejném místě,“ řekl Gualtieri.

Výzkum Gualtieriho, jehož spoluautory jsou geologové z Princetonské univerzity, však ukázal, že svahy a sklony mořského dna nejsou dostatečně strmé na to, aby vytvářely silnou horizontální sílu potřebnou ke vzniku Loveových vln zachycených seismickými záznamníky. Jejich výsledky, zveřejněné 9. listopadu, podporují alternativní teorii, podle níž Loveovy vlny vznikají v samotné Zemi. Ukazuje se, že když větrná moře tlakem škrticího plynu klesají k mořskému dnu, mozaikovitá struktura pevné Země pod nimi odpovídá vlastním duněním.

„Chápeme, jak zemětřesení vytvářejí Loveovy vlny, ale nikdy jsme přesně nezjistili, jak je vytvářejí oceánské vlny,“ řekl odborník na okolní seismický šum Keith Koper, profesor geologie a geofyziky a ředitel seismografických stanic na Utažské univerzitě, který se na studii nepodílel. „Je to trochu rozpačité, protože oceánem generované vlny lásky jsou pozorovány již více než 50 let.“ Práce vedená Gualtierim podle něj „poskytuje přesvědčivý důkaz“ o tom, jak oceánské vlny generují tento zvláštní druh vibrací v Zemi.

Simulování Země

Pomocí superpočítače Summit v Oak Ridge National Laboratory vědci simulovali složité interakce, ke kterým dochází mezi bouřemi, oceánskými vlnami a pevnou Zemí v průběhu tří hodin. Každá simulace s přesností na čtyři sekundy zahrnovala 230 400 zdrojů tlaku rozptýlených po celé zeměkouli. „Používáme počítač jako laboratoř, abychom nechali seismické vlny šířit z realistických zdrojů po celém světovém oceánu na základě známých fyzikálních poznatků o tom, jak a kde vznikají seismické vlny při oceánských bouřích a jak se pohybují Zemí,“ řekl Gualtieri.

Jedna verze modelu Země představovala planetu jako zjednodušený vrstevnatý svět, kde se vlastnosti mění pouze s hloubkou, jako u vrstevnatého dortu. Druhý, věrnější model zachycoval více trojrozměrných změn v jejím podzemním terénu, jako čokoládový koláček. U každé verze vědci zapínali a vypínali údaje o hloubce pod vodou, aby otestovali, zda vlastnosti mořského dna, jako jsou kaňony, strže a hory – na rozdíl od hlubší struktury – mohou vytvářet vlny lásky.

Výsledky ukazují, že vlny lásky se v jednorozměrné Zemi připomínající vrstevnatý koláč vytvářejí špatně. Vzhledem k přibližně 30 minutám a dunění oceánu však v trojrozměrném modelu vyzařovaly Loveovy vlny z pod mořského dna. Když Rayleighovy vlny a další seismické vlny generované oceánskými bouřemi narazí při své boční cestě Zemí na teplejší nebo chladnější zóny a různé materiály, jejich energie se podle studie rozptyluje a přeostřuje. Část vlnového pole se přitom mění na vlny lásky. „Pokud použijete tyto zdroje tlaku z interferujících oceánských vln a počkáte, Země vám poskytne celé vlnové pole,“ řekl Gualtieri. „Je to Země sama, kdo vytvoří vlny lásky.“

Podle Gualtieriho by lepší pochopení toho, jak tyto vibrace vznikají a šíří se Zemí, mohlo pomoci zaplnit mezery ve znalostech nejen o nitru naší planety, ale také o jejím měnícím se klimatu. Analogové seismické záznamy pocházejí z doby před érou satelitů a vysoce kvalitní digitální data se zaznamenávají již několik desetiletí.

„Tato databáze obsahuje informace o environmentálních procesech a je prakticky nevyužitá,“ řekla.

.