Czy wiesz, że mimo wysyłania sond na skraj Układu Słonecznego, wciąż niewiele wiemy o wnętrzu własnej planety? Większość informacji o głębinach Ziemi pochodzi z geofizyki i jest niezwykle cenna, ale pozostawia wiele pytań. Wiemy o skorupie, płaszczu, ciekłym jądrze zewnętrznym i stałym wewnętrznym, ale co dokładnie dzieje się między tymi warstwami? Najnowsze badania rzuciły nowe światło na kluczowe interfejs między jądrem a płaszczem, wykorzystując magnetyzm naszej planety.
Dwa "Bloby" pod nami, które zmieniają wszystko
Około 3000 km pod powierzchnią Ziemi znajduje się ocean stopionego stopu żelaza – jądro zewnętrzne. To ono generuje nasze globalne pole magnetyczne, które chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym, rozciągając się daleko w przestrzeń. To niezwykłe zjawisko, zwane "geodynamo", wymaga ogromnej ilości energii, która pochodzi z ciepła uwolnionego podczas formowania się Ziemi.
Bez tego intensywnego transferu ciepła z jądra do płaszcza i dalej na powierzchnię, Ziemia byłaby podobna do Marsa czy Wenus – bez pola magnetycznego. To właśnie te procesy decydują o naszej zdolności do podtrzymania życia.
Co wiemy o "Blobach"?
Mapy pokazujące prędkość fal sejsmicznych w dolnej części płaszcza Ziemi ujawniły coś niezwykłego. Na równiku, pod Afryką i Oceanem Spokojnym, istnieją dwa ogromne obszary, gdzie fale sejsmiczne poruszają się wolniej niż gdziekolwiek indziej. Naukowcy nazwali je "Blobami" (ang. "Blobs").
- Te struktury są zbudowane z litej skały, podobnej do otaczającego płaszcza.
- Ich wyjątkowość może wynikać z wyższej temperatury, odmiennej kompozycji, lub obu tych czynników jednocześnie.
- Silne zmiany temperatury u podstawy płaszcza teoretycznie powinny wpływać na płynne jądro pod nim i generowane pola magnetyczne.
- Ponieważ płaszcz zmienia temperaturę i przemieszcza się niezwykle wolno (milimetry rocznie), wszelkie sygnatury magnetyczne wynikające z różnic temperatur powinny utrzymywać się przez miliony lat.
Od skał do superkomputerów: nowe dowody przemawiają
Nasze najnowsze badania dostarczają nowych dowodów na to, że te "Bloby" są gorętsze niż otaczający je płaszcz dolny. To z kolei miało zauważalny wpływ na pole magnetyczne Ziemi przez ostatnie setki milionów lat.
Kiedy niedawno zestygłe skały magmowe (np. bazalt) ochładzają się na powierzchni Ziemi w obecności pola magnetycznego, przejmują jego namagnesowanie. Kierunek tego namagnesowania jest zgodny z kierunkiem pola w danym miejscu i czasie formowania się skały.
Już wcześniej wiedziano, że kierunek ten zmienia się wraz z szerokością geograficzną. Jednakże, zaobserwowano, że kierunki magnetyczne zapisane w skałach sprzed 250 milionów lat wydawały się zależeć również od długości geograficznej miejsca ich powstania. Efekt ten był szczególnie widoczny na niskich szerokościach geograficznych. Postanowiliśmy sprawdzić, czy za to zjawisko odpowiadają właśnie "Bloby".
Symulacje pokazują drogę
Przełom nastąpił, gdy porównano te obserwacje magnetyczne z symulacjami geodynamo prowadzonymi na superkomputerze. Jedna z serii symulacji zakładała równomierny przepływ ciepła z jądra do płaszcza.
Wyniki albo wykazywały niewielką tendencję do zmian pola magnetycznego w zależności od długości geograficznej, albo tworzyły chaotyczny stan, który również nie zgadzał się z obserwacjami. W porównaniu do tego, gdy wprowadzono wzorzec z silnymi różnicami ilości ciepła pobieranego przez płaszcz, pola magnetyczne zachowywały się inaczej.
Najbardziej przekonujące okazało się założenie, że tempo przepływu ciepła do "Blobów" było około dwukrotnie niższe niż do innych, chłodniejszych części płaszcza. Symulowane pola magnetyczne wykazywały wtedy struktury wzdłużne, przypominające zapisy ze starożytnych skał.
Dodatkowo, pola te były mniej podatne na załamania. Dodanie "Blobów" umożliwiło więc odtworzenie obserwowanego, stabilnego zachowania pola magnetycznego Ziemi w szerszym zakresie.
Jak "Bloby" wpływają na nasze pole magnetyczne?
Wydaje się, że dwa gorące "Bloby" działają jak izolacja dla płynnego metalu pod nimi, zapobiegając utracie ciepła. Utrata ciepła mogłaby spowodować gwałtowne skurczenie się płynu i jego opadanie w kierunku jądra. Ponieważ to przepływ płynnej masy generuje pole magnetyczne, te "stagnujące stawy" metalu nie uczestniczą aktywnie w procesie geodynamo.
Co więcej, podobnie jak telefon komórkowy traci zasięg w metalowej puszce, te nieruchome obszary przewodzącego płynu działają jak tarcza, chroniąc pole magnetyczne generowane przez krążącą poniżej ciecz.
Ogromne "Bloby" tworzą zatem charakterystyczne, zmienne wzdłużnie wzory w kształcie i zmienności pola magnetycznego Ziemi. I to właśnie te wzory odpowiadają temu, co zostało zapisane w skałach formujących się na niskich szerokościach geograficznych.
Większość czasu pole magnetyczne Ziemi jest dość podobne do pola wytworzonego przez magnes sztabkowy wyrównany z osią obrotu planety. To sprawia, że kompas w większości miejsc na powierzchni Ziemi wskazuje niemal dokładnie na północ.
Załamania w słabe, wielopolarnie stany zdarzały się w historii geologicznej wielokrotnie, ale są rzadkie, a pole zazwyczaj dość szybko potem wracało do normy. W symulacjach przynajmniej, "Bloby" wydają się pomagać w utrzymaniu tej stabilności.
Choć wciąż wiele musimy się dowiedzieć o tym, czym są "Bloby" i skąd się wzięły, być może zawdzięczamy im stabilne i użyteczne dla ludzkości pole magnetyczne. Co o tym myślisz?
