Hrvatski znanstvenik Hrvoje Tkalčić i njegov kolega Xiaolong Ma otkrili su neobičnu strukturu u obliku krafne unutar Zemljine vanjske jezgre, gdje seizmički valovi prolaze sporije. Ovo otkriće, ostvareno korištenjem nove metode analize valova, pruža dublji uvid u sastav jezgre i njezin utjecaj na Zemljino magnetsko polje.
Na dubini od oko 2.890 kilometara ispod naših nogu nalazi se ogromna kugla tekućeg metala: jezgra našeg planeta. Znanstvenici poput profesora Hrvoja Tkalčića koriste seizmičke valove koje stvaraju potresi kao neku vrstu ultrazvuka kako bi “vidjeli” oblik i strukturu jezgre. Korištenjem nove metode proučavanja ovih valova, profesor Tkalčić i njegov kolega Xiaolong Ma došli su do iznenađujućeg otkrića: otkrili su veliku regiju u obliku krafne, nekoliko stotina kilometara debelu, oko ekvatora, u kojoj se seizmički valovi kreću oko 2% sporije nego u ostatku jezgre.
Stručnjaci vjeruju da ova regija sadrži veći udio lakših elemenata poput silicija i kisika, koji mogu igrati ključnu ulogu u golemim strujama tekućeg metala koje teku kroz jezgru i stvaraju Zemljino magnetsko polje. Ovi rezultati objavljeni su u prestižnom časopisu Science Advances.
Većina prijašnjih istraživanja seizmičkih valova koji nastaju uslijed potresa fokusirala se na velike, početne valove koji se šire svijetom unutar sat vremena nakon potresa. No, Tkalčić i Ma su zaključili da bi mogli otkriti nešto novo ako se usmjere na kasnije, slabije valove poznate kao koda – završni dio seizmičkog vala.
U matematičkom smislu, sličnost između ovih kasnijih valova mjeri se metodom zvanom korelacija. Tkalčić i Ma su ovu metodu primijenili na seizmičke valove i nazvali je “koda-korelacija valnog polja”. Proučavajući ovo valno polje, istraživači su uspjeli otkriti vrlo male signale koje inače ne bismo primijetili. Ovi signali nastaju zbog višestrukih refleksija unutar Zemlje. Analizom putanja tih reflektiranih valova te usporedbom podataka s različitih seizmičkih detektora, uspjeli su izračunati koliko je valovima trebalo da prođu kroz Zemlju. Usporedili su rezultate između seizmičkih detektora bliže polovima i onih bliže ekvatoru te ustanovili da se valovi bliže polovima kreću brže od onih blizu ekvatora.
Nova slika unutarnje jezgre
Profesor Tkalčić i Ma testirali su brojne računalne modele i simulacije kako bi objasnili ove rezultate. Na kraju su došli do zaključka da u vanjskoj jezgri, oko ekvatora, postoji torusna struktura – regija u obliku krafne – gdje se seizmički valovi kreću sporije. Ovu regiju seizmolozi dosad nisu uspjeli otkriti. No, primjena takozvane metode koda-korelacije valnog polja omogućila je detaljniji i precizniji uvid u vanjsku jezgru. Dok su ranija istraživanja pokazivala da se valovi sporije kreću u gornjem dijelu vanjske jezgre, ova studija otkriva da je usporenje valova prisutno samo blizu ekvatora.
Vanjska jezgra Zemlje ima radijus od oko 3.480 kilometara, što je čini nešto većom od planeta Marsa. Kako objašnjava profesor Tkalčić, sastoji se uglavnom od željeza i nikla, uz tragove lakših elemenata poput silicija, kisika, sumpora, vodika i ugljika. Donji dio vanjske jezgre topliji je od gornjeg, a temperaturna razlika uzrokuje da se tekući metal kreće slično vodi koja vrije u loncu na štednjaku. Taj proces, poznat kao termalna konvekcija, trebao bi osigurati da je materijal u vanjskoj jezgri prilično dobro izmiješan i ujednačen. No, ako je materijal uistinu ujednačen, seizmički valovi bi se trebali kretati jednako brzo posvuda. Pa zašto onda dolazi do usporavanja valova u regiji u obliku krafne koju su profesor Tkalčić i njegov kolega otkrili?
Hipoteza o lakšim elementima i njihovoj ulozi
Kako objašnjava profesor Tkalčić, vjeruje se da ova regija sadrži veću koncentraciju lakših elemenata. Ti elementi možda dolaze iz čvrste unutarnje jezgre u vanjsku jezgru, gdje potiču jaču konvekciju. No, zašto se lakši elementi nakupljaju upravo u ekvatorijalnoj regiji u obliku krafne? Znanstvenici smatraju da bi uzrok mogao biti povećan prijenos topline iz vanjske jezgre prema stjenovitom plaštu koji se nalazi iznad nje.
Još jedan ključni proces u vanjskoj jezgri povezan je sa Zemljinom rotacijom i malom čvrstom unutarnjom jezgrom, koje uzrokuju da se tekućina vanjske jezgre organizira u duge, vertikalne vrtloge koji se protežu u smjeru sjever-jug, nalik divovskim vodenim stupovima.
Turbulentno gibanje tekućeg metala u tim vrtlozima stvara “geodinamo”, proces odgovoran za stvaranje i održavanje Zemljinog magnetskog polja. Ovo magnetsko polje štiti naš planet od štetnih sunčevih vjetrova i zračenja, omogućujući život na Zemljinoj površini. Bolje razumijevanje sastava vanjske jezgre – uključujući nedavno otkrivenu strukturu lakših elemenata – pomoći će nam da preciznije shvatimo Zemljino magnetsko polje. Posebno je važno razumjeti kako se intenzitet i smjer magnetskog polja mijenjaju tijekom vremena, što je ključno za očuvanje života na Zemlji i potencijalnu naseljivost drugih planeta i egzoplaneta.
Trudimo se biti točni, ali ako mislite da smo u ovom članku napravili grešku, javite nam se. Također, ne zaboravite pratiti naš ekskluzivni kanal: https://t.me/s/kozmoshr.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
