Инге Леман: Жердің ішкі қабатын ашқан даниялық сейсмолог

Кіріспе

Даниялық сейсмолог (1888–1993)

Инге Леманн (13 мамыр 1888 – 21 ақпан 1993) – даниялық сейсмолог және геофизик, ол 1936 жылы Жердің балқыған сыртқы ядросының ішінде қатты ішкі ядроның бар екенін ашқанымен танымал. 190 және 250 км тереңдікте сейсмикалық толқындардың жылдамдығындағы сейсмикалық үзіліс оның құрметіне Леманн үзілісі деп аталды. Леманн сейсмология саласындағы зерттеулердегі әйелдер мен ғалымдардың алғашқыларының бірі саналады.

Ерте өмір және білім

Инге Леманн Копенгагеннің бір бөлігі – Остерброда туып өскен. Ол бала кезінен өте ұялшақ болған, бұл мінез-құлық өмір бойы жалғасты. Оның анасы Ида Софи Торслефф үй шаруасындағы әйел болған; әкесі – эксперименталды психолог Альфред Георг Людвик Леманн (1858–1921). Леманн отбасының түп-тамыры Богемияда; Даниядағы тармағында адвокаттар, саясаткерлер мен инженерлер болған. Инге Леманнның әкесінің әкесі 1854 жылы Данияның алғашқы телеграф желісін салды, ал оның арғы атасы Ұлттық банктің губернаторы болды. Анасының әкесі Ханс Якоб Торслефф – ежелгі даниялық отбасынан шыққан, әр буында дін қызметкері болған. Леманн мектеп білімін Fællesskolen-де алды, бұл әйелдер мен еркектерге бірдей пәндерді бірге оқытатын прогрессивті орта мектеп болды. Бұл мектепті Нильс Бордың әпкесі Ханна Адлер басқарған. Леманнның айтуынша, оның әкесі мен Адлер оның интеллектуалды дамуына ең маңызды әсер еткен. 18 жасында Леманн Копенгаген университетіне емтихан тапсырып, бірінші орын алды. 1907 жылы Копенгаген университетінде математика, химия және физика мамандықтарын оқыды. 1910–1911 жылдары Кембридждегі Ньюнхэм колледжінде математика оқуын жалғастырды. Онда Леманн гендерлік себептермен қиындықтарға тап болды, оқуға толық қатысуға және жоғары білім алуға мүмкіндік берілмеді. Нәтижесінде 1911 жылы бірінші курста психикалық күйзеліске ұшырады және 1912 жылы Данияға оралды. Леманнның актриса болған Харриет есімді кіші қарындасы болды. Инге Леманн ересек өмірінде жалғыз өмір сүрді. 1917 жылдың наурыз айында келісімін бұзып, академиялық мансабын жалғастыру үшін үйленбеуді шешті, бұл сол кездегі әдеттен тыс таңдау емес еді. Бірде Леманн өзінің немере інісі Нильс Гросқа ер әріптестерінің қабілетсіздігі туралы шағымданып, оған: «Сен қанша қабілетсіз еркектермен күресуге тура келгенін білуің керек – бекер» деп жазды. 1925 жылы Леманн сейсмолог Нильс Эрик Норлундтың ассистенті болып тағайындалды. Ол оның саласына қызығушылық танытып, оны өздігінен зерттеуге кірісті. 1927 жылы Халықаралық геодезия және геофизика одағына Дания делегаты ретінде таңдалды, ал келесі қырық жылда осы рөлді тағы сегіз рет атқарды. 1928 жылы Леманн сейсмология бойынша ғылым магистрі дәрежесін алды және сол жылы Геодезиялық институттың сейсмологиялық бөлімінің меңгерушісі болып тағайындалды. Бұл лауазымда ол үш сейсмографиялық обсерваторияның жұмысын қадағалауға жауапты болды, олардың екеуі Гренландияда орналасқан. Ол жеке Копенгагендегі обсерваторияны басқарды және оның оқуларына негізделген есептер дайындады. Леманн өзінің жұмысына қатыспаса да, сол мекемеде зерттеу жұмыстарын жүргізді. 1929 жылы Леманн Жаңа Зеландияның Оңтүстік аралында болған Мурчисон жер сілкінісін зерттеді. Ол жер сілкінісінен алынған сейсмикалық деректерді талдап, Ресейдегі Свердловск және Иркутск қалаларында үлкен амплитудалы толқындар тіркелгенін байқады. Бұл күтпеген орындар болды, себебі теория бойынша S толқындары және кейбір P толқындары ядро арқылы бұрылып, толқындардың өте алмайтын көлеңке аймағын жасайды. Толқындар сол аймақтан өтіп, Ресейге жеткен сияқты. Бұл оның Жердің ортасында қатты материалдан жасалған сфералық ядро бар екенін анықтауына себеп болды. Леманн P толқынының келуін ішкі ядродан шағылысу ретінде түсіндірген алғашқы адам болды. Ол өз зерттеулерін «Жердің үш қабығы бар» деген теориясымен (1936) жариялады. Леманн ядроның біртекті емес екенін көрсетті; керісінше, сыртқы ядромен қоршалған кішірек ядро бар. Ол толқындар кішігірім ядрода жылдам қозғалатынын, бірақ егер толқын тангенциалды келсе, кері шағылысатынын анықтады. Оның теориясы қосымша шекарада тағы бір толқын бұрылысына мүмкіндік береді, бұл толқындардың пайда болатын бағытын және орнын түсіндіреді. Сол кездегі басқа да жетекші сейсмологтар, мысалы, Бену Гутенберг, Чарльз Рихтер және Гарольд Джеффрис, екі-үш жыл ішінде осы түсіндірмені қабылдады, бірақ компьютерлік есептеулер арқылы түсіндірменің дұрыс екені 1971 жылға дейін дәлелденбеді. Ол Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде де жұмысын жалғастырды, бірақ халықаралық ынтымақтастық шектеулі болды. 1951 жылы американдық геолог Морис Юинг оның станциясына келгенде, Леманнды Колумбия университетінде басқаратын Ламонт геологиялық обсерваториясында жұмыс істеуге шақырды, ол 1952 жылы сол жерде оқыды. 1953 жылы Геодезиялық институттың сейсмологиялық бөлімінің меңгерушісі лауазымынан зейнеткерлікке шықты, бұл оған келесі онжылдықтарда зерттеу жүргізуге көбірек уақыт берді. 1950-ші және 1960-шы жылдары Леманн Солтүстік Америкаға бірнеше рет сапар шекті және АҚШ пен Канададағы түрлі сейсмологиялық обсерваторияларды аралады. Ол Калифорния университетінің Беркли қаласындағы қауымдастығының белгілі мүшесі болды, ол оның ең жиі тоқтайтын жерлерінің бірі еді. АҚШ-та болғанда Леманн Морис Юинг пен Фрэнк Пресспен Жердің қабығы мен жоғарғы мантиясын зерттеуде ынтымақтастық жасады. Осы жұмыс барысында ол сейсмикалық толқындардың жылдамдығында 190 мен 250 км тереңдікте күрт өзгеретін тағы бір сейсмикалық үзілісті тапты. Бұл үзіліс оның құрметіне Леманн үзілісі деп аталды. Фрэнсис Берч атап көрсеткендей, «Леманн үзілісі сейсмикалық жазбаларды зерделі түрде қарап шығу арқылы табылды, компьютердің ешқандай жетілдірілуі толыққанды ауыстыра алмайтын қара өнер шебері». Леманн 1961–1967 жылдары Халықаралық сейсмологиялық орталық құруға да қатысты.

Inge Lehmann was born and grew up in Østerbro, a part of Copenhagen. She was very shy as a child, a behaviour that continued throughout her life. Her mother, Ida Sophie Tørsleff, was a housewife; her father was experimental psychologist Alfred Georg Ludvik Lehmann (1858–1921). The Lehmann family had its roots in Bohemia; the Danish branch included barristers, politicians and engineers. Inge Lehmann's paternal grandfather laid out the first Danish telegraph line (1854) and her great grandfather was Governor of the National Bank. Her mother's father, Hans Jakob Torsleff belonged to an old Danish family with a priest in every generation. Lehmann received her school education at Fællesskolen, a remarkably progressive high school that taught women and men the same subjects together. This school was led by Hanna Adler, Niels Bohr's aunt. According to Lehmann, her father and Adler were the most significant influences on her intellectual development. At age 18, Lehmann achieved a first rank mark in the entrance exam for Copenhagen University. In 1907, she started her studies in mathematics, chemistry and physics at the University of Copenhagen. She continued her studies of mathematics in Cambridge from 1910 to 1911 at Newnham College. There, Lehmann faced gender based adversities, not being allowed to fully participate in her studies, nor to achieve higher positions of education. As a result, Lehmann had a mental breakdown during her first year in 1911, and in 1912 returned to Denmark. Lehmann had a younger sister, Harriet, who became an actress. Inge Lehmann lived by herself all her adult life. She broke off an engagement in March 1917 and decided to remain unmarried, in order to pursue an academic career, which was not an unusual choice at the time. Lehmann once complained to her nephew Niels Groes about the incompetence of her male colleagues, and wrote him: "You should know how many incompetent men I had to compete with—in vain."]] In 1925, Lehmann was assigned to be the assistant of seismologist Niels Erik Nørlund. She took an interest in his field, and she began studying it on her own. She was chosen as a delegate for Denmark to attend the International Union of Geodesy and Geophysics in 1927—a role she filled another eight times over the next forty years. By 1928, Lehmann obtained a magister scientiarum in seismology, and she was appointed head the Geodætisk Institut's seismological department the same year. In this position, she was responsible for overseeing the operation of three seismographic observatories, two of which were in Greenland. She personally operated the one in Copenhagen, producing reports based on its readings. Though it was not part of her job, Lehmann also engaged in research at the facility. In 1929, Lehmann studied the Murchison earthquake which struck on the South Island of New Zealand. She analyzed the seismic data from the earthquake and noticed that there were waves of significant amplitude recorded in the Russian cities of Sverdlovsk and Irkutsk, both unexpected locations. They were unexpected locations due to the theory that S waves and some P waves are deflected by the core creating a shadow area in which waves are not able to pass through. The waves seemed to pass through that area to reach Russia. This led to her discovering that there is a spherical core of solid material at the Earth's centre. Lehmann was the first to interpret P wave arrivals as reflections from an inner core. She published her findings in a paper titled (1936), The theory she developed was that the Earth consisted of 3 shells: the mantle, outer core and inner core. Lehmann inferred that the core wasn't homogeneous; rather, there is a smaller core that exists that is surrounded by the outer core. She deduced that waves travel faster in the smaller core, but the waves can be reflected off if it arrived tangentially. Her theory allows for another wave deflection at the extra boundary and this accounts for the direction and location in which the waves emerge. Other leading seismologists of the time, such as Beno Gutenberg, Charles Richter, and Harold Jeffreys, adopted this interpretation within two or three years, but it took until 1971 for the interpretation to be shown correct by computer calculations. She continued her work during World War II, though international collaboration was limited. When American geologist Maurice Ewing visited her station in 1951, he invited Lehmann to work at the Lamont Geological Observatory that he ran at Columbia University, and she studied there for some of 1952. She retired from her position as head of the Geodætisk Institut's seismological department in 1953, giving her more time to conduct research over the following decades. Throughout the 1950s and 1960s, Lehmann traveled to North America several times and visited different seismological observatories throughout the United States and Canada. She became a prominent member of the community at the University of California, Berkeley, one of her most frequent stops. While in the United States, Lehmann collaborated with Maurice Ewing and Frank Press on investigations of the Earth's crust and upper mantle. During this work, she discovered another seismic discontinuity, which is a step change increase in the speed of seismic waves at depths between 190 and 250 km. This discontinuity was named the Lehmann discontinuity after her. Francis Birch noted that the "Lehmann discontinuity was discovered through exacting scrutiny of seismic records by a master of a black art for which no amount of computerization is likely to be a complete substitute." Lehmann was also involved in the creation of the International Seismological Centre from 1961 to 1967.

Сыйлықтар, марапаттар және мұра

Леманн өзінің ғылыми жетістіктері үшін көптеген марапаттар алды, олардың ішінде 1960 жылы Гарри Оскар Вуд сыйлығы, 1964 жылы Эмиль Вихерт медалі, 1965 жылы Дания Корольдік Ғылым және Әдебиеттер қоғамының алтын медалі, 1938 және 1967 жылдары Тагеа Брандт Режселлегат, 1969 жылы Корольдік қоғамның мүшесі болып сайлануы, 1971 жылы Уильям Боуи медалі және 1977 жылы Америка сейсмологиялық қоғамының медалі. Ол 1964 жылы Колумбия университетінен және 1968 жылы Копенгаген университетінен құрметті докторлық дәрежесіне ие болды, сондай-ақ көптеген құрметті мүшелік алды. Геологиялық ғылымға қосқан үлесі үшін 1996 жылы Америка геофизикалық одағы "Жердің мантиясы мен ядросының құрылымы, құрамы және динамикасын түсінуге елеулі үлес қосқандығы" үшін жыл сайынғы Инге Леман медалін тағайындады. 5632 Ингелеманн астероиді Леманнның құрметіне аталды. 2015 жылы Данияда әйелдердің сайлау құқығының жүз жылдығына орай, оның есімімен бір түрлі қоңыз аталды: Globicornis (Hadrotoma) ingelehmannae. Сол жылы, оның туғанына 127 жыл толуына орай, Google бүкіл әлемдік Google Doodle-ді Леманнға арнады. 2017 жылы Копенгагендегі Фруэ Плацта Леманнға арналған мемориалдық ескерткіш орнатылды, оны Элизабет Тубро жобалаған.