Moho

Andrija Mohorovičić i granica Moho

 

Andrija Mohorovičić (1857-1936) zdjęcie z roku 1926, wykonane przez jego syna Stiepana

Andrija Mohorovičić (1857-1936)
zdjęcie z roku 1926, wykonane przez jego syna Stiepana

W dniu 8 października 1909 roku o godz. 9:59 (GMT) w Zagrzebiu odczute zostało silne trzęsienie ziemi. Wiele kominów zostało powalonych, jednak większych zniszczeń w mieście nie odnotowano. Informacje telegraficzne i telefoniczne, które dotarły wkrótce do Zagrzebia doniosły, że bardzo silny wstrząs wystąpił w odległości ok. 40 km na południe od Zagrzebia w dolinie rzeki Kupy, gdzie spowodował ofiary śmiertelne i duże zniszczenia. Andrija Mohorovičić wykorzystał rejestracje trzęsienia w dolinie Kupy z dnia 8 października 1909 roku, uzupełnione danymi z piętnastu trzęsień z tego rejonu (epicentrum w pobliżu miejscowości Pokupsko) z okresu październik 1909 – styczeń 1910, oraz czterech trzęsień z lat 1904 -1905 (Bałkany, Indie), które dostarczyły w szczególności danych z większych odległości epicentralnych.

Otrzymał w ten sposób hodografy (zależności czasu przebiegu od odległości) fal sejsmicznych do odległości 2500 km. W wyniku skrupulatnej analizy tych danych Mohorovičić wydzielił dwie pary fal sejsmicznych podłużnych (P) i poprzecznych (S). W swojej pracy pisał: „Kiedy byłem pewien, na podstawie danych, że w przedziale odległości epicentralnych 300-700 km obserwujemy dwa rodzaje wstąpień fal P i dwa rodzaje wstąpień fal S, i że do odległości ok. 300 km występują tylko fale pierwszego typu, podczas gdy od odległości 700 km i dalej tylko fale drugiego typu, starałem się wyjaśnić ten nieznany dotychczas fakt”. W dzisiejszej nomenklaturze fale pierwszego typu odpowiadają falom rozprzestrzeniającym się w skorupie ziemskiej, podczas gdy fale drugiego typu odpowiadają falom rozprzestrzeniającym się w płaszczu Ziemi. Interpretując oba rodzaje fal P i S Andrija Mohorovičić odkrył nieciągłość prędkości blisko powierzchni Ziemi. Obliczył, że głębokość tej nieciągłości wynosi 50 km, a prędkość fal P wynosi 5,60 km/s ponad granicą i 7,747 km/s poniżej (odpowiednio 3,27 i 4,182 km/s dla fal S). Badania w następnych latach pokazały, że granica którą odkrył Mohorovičić ma charakter globalny, i oddziela ona skorupę od niżej leżącego płaszcza. Na jego cześć granica została nazwana granicą Mohorovičića, w skróconej formie granicą Moho, lub nawet granicą M (przez ludzi leniwych lub mających problemy z wymówieniem tego chorwackiego nazwiska).

moho1Odkryta przez Mohorovičića nieciągłość jest podstawą dla pierwotnej definicji granicy między skorupą i płaszczem, w znaczeniu prędkości fal sejsmicznych. Dziś sejsmologiczna definicja skorupy oznacza zewnętrzną stałą otoczkę naszej planety o prędkościach fal P mniejszych od ok. 7,6 km/s, a fal  S mniejszych od ok. 4,4 km/s (np. Meissner, 1986). Zwykle prędkości fal P w dolnej skorupie wynoszą ok. 7 km/s, a w górnym płaszczu ok. 8 km/s. Kontrast prędkości fal P na granicy Moho jest więc znaczny, osiągając 1-1,5 km/s. Oznacza to znaczącą zmianę własności sprężystych, wynikającą ze znacznego zróżnicowania skał budujących skorupę i górny płaszcz. W definicji „gęstościowej” skorupy granicę Moho określa wartość 3,1 g/cm3. Typowa gęstość dolnej skorupy wynosi ok. 3,0 g/cm3, a górnego płaszcza ok. 3,3 g/cm3. Z tego punktu widzenia gęstości skał granica Moho jest również bardzo znaczącą nieciągłością.

Ponad 100 lat po odkryciu Mohorovičića mamy przekonanie o jego doniosłości. Nie ma wątpliwości, że granica Moho ma charakter globalny, a nasza wiedza o strukturze skorupy ziemskiej i o granicy skorupa–płaszcz została znacznie powiększona w ostatnim stuleciu. Od prostego modelu Mohorovičića, jednorodnej warstwy skorupy o grubości 50 km, doszliśmy do modeli złożonych, zróżnicowanych, wielowarstwowych. Rysunek powyżej pokazuje przykłady współczesnych modeli skorupy na profilach sejsmicznych przecinających obszar Polski: P4 i CEL05.

moho2Podsumowaniem badań skorupy w Europie jest cyfrowa mapa głębokości granicy Moho płyty europejskiej (rysunek poniżej). Mapa pokrywa obszar całej płyty europejskiej rozciągającej się od grzbietu śródatlantyckiego na zachodzie po Ural na wschodzie, oraz od Morza Śródziemnego na południu po Morze Barentsa i Spitsbergen w Arktyce.
Mapa Moho płyty europejskiej jest dostępna na stronach www Uniwersytetu Warszawskiego oraz Uniwersytetu w Helsinkach (dr Timo Tiira jest współautorem mapy) w postaci graficznej (rysunki w formatach tiff, pdf), oraz w postaci zbiorów danych (formaty ASCII, GMT, GIS) z długością i szerokością geograficzną, głębokością Moho i oszacowaniem błędu głębokości. Mapa w cyfrowej postaci jest dostępna pod adresami:http://www.igf.fuw.edu.pl/mohomap2007/ oraz http://www.seismo.helsinki.fi/mohomap/

Więcej w publikacjach:

Grad M., Tiira T., ESC Working Group, 2009. The Moho depth map of the European Plate. Geophys. J. Int., 176, 279-292, doi: 10.1111/j.1365-246X.2008.03919.x.

Grad M., 2009. Chorwackie trzęsienie ziemi 8 października 1909 roku, Andrija Mohorovičić i granica Moho. Przegląd Geofizyczny, 54 (1-2), 53-67