Otprilike 2890 kilometara ispod naših nogu leži gigantska kugla tekućeg metala: jezgra našeg planeta. Naučnici koriste seizmičke valove koje stvaraju potresi kao neku vrstu ultrazvuka da "vide" oblik i strukturu jezgre, piše Science Alert.
Koristeći novi način proučavanja ovih valova, Xiaolong Ma i Hrvoje Tkalčić došli su do iznenađujućeg otkrića: postoji veliko područje jezgre u obliku krofne oko Ekvatora, debelo nekoliko stotina kilometara, gdje seizmički valovi putuju oko 2 posto sporije nego u ostatku jezgre.
Oni misle da ova regija sadrži više lakših elemenata kao što su silicij i kisik, i može igrati ključnu ulogu u golemim strujama tekućeg metala koje prolaze kroz jezgru koje stvaraju Zemljino magnetsko polje. Ovi rezultati objavljeni su danas u Science Advances.
'Valno polje koda-korelacije'
Većina studija o seizmičkim valovima koje stvaraju potresi promatraju velike, početne valne fronte koje putuju svijetom sat ili dva nakon potresa.
Shvatilu su da možemo naučiti nešto novo gledajući kasniji, slabiji dio tih valova, poznat kao koda - dio koji muzičko djelo dovodi do kraja. Konkretno, pogledali su koliko su slični kodovi zabilježeni na različitim seizmičkim detektorima, nekoliko sati nakon što su počeli.
U matematičkom smislu, ta se sličnost mjeri nečim što se zove korelacija. Ove sličnosti u kasnim dijelovima potresnih valova zajedno nazivamo "koda-korelacijsko valno polje".
Promatrajući valno polje kodne korelacije, otkrili su sićušne signale koji proizlaze iz višestrukih odjekujućih valova koje inače ne bismo vidjeli. Razumijevanjem putanja kojima su išli ti odjekujući valovi i uspoređujući ih sa signalima u valnom polju kodne korelacije, izračunali su koliko im je vremena trebalo da putuju planetom.
Zatim su usporedili ono što smo vidjeli u seizmičkim detektorima bliže polovima s rezultatima bliže ekvatoru. Sve u svemu, valovi otkriveni bliže polovima putovali su brže od onih blizu ekvatora.
Isprobali smo mnoge računalne modele i simulacije uvjeta u jezgri koji bi mogli stvoriti ove rezultate. Na kraju smo otkrili da mora postojati torus – područje u obliku krofne – u vanjskoj jezgri oko Ekvatora, gdje valovi putuju sporije.
Seizmolozi prije nisu otkrili ovo područje. Međutim, korištenje valnog polja koda-korelacije omogućuje nam da "vidimo" vanjsku jezgru detaljnije i ravnomjernije.
Prethodne studije su zaključile da su se valovi kretali sporije posvuda oko "stropa" vanjske jezgre. Međutim, u ovoj smo studiji pokazali da je područje niske brzine samo blizu ekvatora.
Vanjska jezgra i geodinamo
Zemljina vanjska jezgra ima radijus od oko 3480 km, što je čini malo većom od planeta Marsa. Sastoji se uglavnom od željeza i nikla, s nešto tragova lakših elemenata poput silicija, kisika, sumpora, vodika i ugljika.
Dno vanjske jezgre je toplije od vrha, a razlika u temperaturi čini da se tekući metal kreće poput vode u loncu koji ključa na šporetu. Taj se proces naziva toplinska konvekcija i smatra se da bi stalno kretanje trebalo značiti da je sav materijal u vanjskoj jezgri prilično dobro izmiješan i ujednačen.
Ali ako je posvuda u vanjskoj jezgri puno istog materijala, seizmički valovi bi također trebali putovati približno istom brzinom posvuda. Pa zašto se ti valovi usporavaju u području u obliku krofne?
Mislimo da mora postojati veća koncentracija lakih elemenata u ovoj regiji. Oni se mogu osloboditi iz Zemljine čvrste unutarnje jezgre u vanjsku jezgru, gdje njihov uzgon stvara veću konvekciju.
Zašto se lakši elementi više nakupljaju u ekvatorijalnom području krofne? Naučnici misle da bi se to moglo objasniti ako se više topline prenosi iz vanjske jezgre u stjenoviti omotač iznad nje u ovoj regiji.
U vanjskoj jezgri također je na djelu još jedan planetarni proces. Zemljina rotacija i mala čvrsta unutarnja jezgra čine da se tekućina vanjske jezgre organizira u duge okomite vrtloge koji se kreću u smjeru sjever-jug, poput golemih vodenih mlaznica.
Turbulentno kretanje tekućeg metala u tim vrtlozima stvara "geodinamo" odgovoran za stvaranje i održavanje Zemljinog magnetskog polja. Ovo magnetsko polje štiti planet od štetnog sunčevog vjetra i zračenja, omogućujući život na površini.
Detaljniji pogled na sastav vanjske jezgre – uključujući novootkrivenu krafnu lakših elemenata – pomoći će nam da bolje razumijemo Zemljino magnetsko polje. Konkretno, kako polje mijenja svoj intenzitet i smjer u vremenu ključno je za život na Zemlji i potencijalnu nastanjivost planeta i egzoplaneta.
