Nakon što je prije dvije i pol godine objavio rad kojim se potvrđuje da je unutrašnjost Zemlje doista u krutom stanju, naš poznati geofizičar prof. dr. sc. Hrvoje Tkalčić s Australskog nacionalnog sveučilišta u Canberri nastavlja sa svojom grupom otkrivati najdublje Zemljine tajne.
U posljednjem radu koji potpisuje s doktorandicom Joanne Stephenson i kolegom prof. dr. sc. Malcolmom Sambridgeom, otkriva da Zemlja ima i više slojeva nego što se dosad mislilo. Konkretno, čvrsta Zemljina željezna jezgra ima još jedan sloj, unutrašnji. Kakva je točno ta “jezgrina jezgra” još je misterij, ali moglo bi se raditi o nečemu što ima veze s promjenama u strukturi željeza pod ekstremnim temperaturama i tlakovima.
Jezgra veličine Plutona
“Mnogi od vas iz škole se sjećaju da Zemlja ima četiri glavna sloja: koru, plašt te vanjsku i unutarnju jezgru, no ipak bi barem neki od vas trebali biti iznenađeni postojanjem još jednog posebnog sloja, najdublje duboke jezgre u samom središtu našeg planeta”, počeo je profesor Tkalčić svoj komentar na novi rad na svojoj stranici na Facebooku.
Spomenuo je dalje kako se za dodatni sloj zna još od 2002. kada je znanstveni rad o toj mogućnosti objavilo dvoje znanstvenika, Miaki Ishii i Adam Dziewonski. Generacijski je naš znanstvenik kolega s Miaki Ishii, istodobno su doktorirali, Ishii na Harvardu, a Tkalčić na Berkeleyu. Upravo je od japanske znanstvenice prof. Tkalčić naučio po čemu se ističe najdublji Zemljin sloj.
– Dakle, nismo taj najdublji sloj otkrili mi sami, no mislim da je ovo najsveobuhvatniji rad dosad i da će nakon njega postupno termin najdubljeg sloja jezgre biti prihvaćen. Radi se o drukčijoj teksturi u smislu kristala željeza, što znači da je jednom davno u povijesti Zemlje nešto prouzročilo naglu promjenu u rastu i solidifikaciji unutrašnje jezgre. Ako je tako, onda je taj najdublji sloj jezgre zaista vremenska kapsula koja svjedoči o tom globalnom događaju – objasnio nam je prof. Tkalčić.
Autori priopćenja za medije Australskog nacionalnog sveučilišta dali su i mašti malo na volju, pa su povukli paralelu s poznatim romanom Julesa Vernea “Putovanje u središte Zemlje”.
“S ovim saznanjem, Verneov roman morao bi imati barem još nekoliko stranica”, napisali su i tako privukli pozornost na svoj rad u cijelom svijetu. I doista, Joanne Stephenson kaže kako svojstva sloja koji je, barem zasad, središte Zemlje, možda ukazuju na neki dramatičan događaj u povijesti našeg planeta. Pronašli smo dokaze koji mogu naznačiti promjenu u strukturi željeza što sugerira možda i dva odvojena razdoblja rashlađivanja u Zemljinoj povijesti, istaknula je australska znanstvenica u priopćenju Sveučilišta praktično potvrđujući riječi svoga mentora, našeg znanstvenika. “Detalji tog događaja nisu nam još potpuno poznati, no ovo je još jedan komad slagalice našeg znanja o Zemljinoj jezgri”, zaključila je Joanne Stephenson.
– Unutrašnja jezgra raste u samom središtu Zemlje, iznutra prema van, jer se Zemlja s vremenom hladi. Toplina se efikasno izvlači iz središta Zemlje konvekcijom koja je prisutna u tekućoj, vanjskoj jezgri, te sporom konvekcijom u plaštu Zemlje. Kako temperatura u Zemljinu središtu s vremenom zbog gubljenja topline pada, tako se unutrašnja jezgra postupno kristalizira iz tekućeg u kruto agregatno stanje na sfernoj fronti koja raste brzinom od oko jednog milimetra godišnje. On je granica između unutrašnje krute i vanjske tekuće jezgre, osnovnih slojeva Zemlje koje smo poznavali donedavno i koji su opisani u većini udžbenika. Seizmologinja Inge Lehmann je još 1936. otkrila granicu između vanjske i unutrašnje jezgre, a nešto kasnije postalo je jasno da je unutrašnja jezgra kugla radijusa od 1220 kilometara, veličine Plutona, zapravo željezo u krutom stanju. Ako se sjećate rada objavljenog prije dvije godine u “Scienceu”, njime smo uspjeli dokazati postojanje smicajnih valova u unutrašnjoj jezgri Zemlje, što je bio i konačni dokaz da je ona u krutom stanju – objasnio je prof. Tkalčić nastavljajući kako su tim novim radom dokazali postojanje još jedne željezne kugle u centru krute unutrašnje jezgre, radijusa od oko 650 kilometara, veličine najvećeg Plutonova pratitelja, Charona.
– U šali znam reći da smo otvorili još jednu babušku. Ova najmanja kugla je također u krutom agregatnom stanju, ali njezina kristalografska struktura je drukčija. Naime, kristali željeza su u njoj orijentirani na drukčiji način nego u vanjskom dijelu unutrašnje jezgre. To je jedan suptilniji skok ili promjena u građi nego prijelaz iz tekućine u krutinu zbog hlađenja, i kao takvog teže ga je detektirati seizmičkim valovima. Iako je hipoteza da ta najmanja kugla postoji postavljena još prije dvadesetak godina, taj je rad najsveobuhvatniji dosad jer uz rješenje sadrži i rigorozan matematički pristup neodređenosti. Našem superkompjutoru Terrawulfu bilo su potrebne stotine tisuća procesorskih sati rada da izračuna različite modele i njihovu neodređenost – kaže naš znanstvenik.
Baza podataka od tisuću potresa
Što taj skok ili promjena u kristalografskim svojstvima željeza zapravo predstavlja, još ne znamo zasigurno. Međutim, mogao bi predstavljati neki od globalnih geoloških događaja katastrofe iz povijesti, npr. naglu promjenu u dinamici magnetskog polja, ili čak sam početak tektonike ploča. Dakle, vanjska tekuća jezgra na dubini je od 2900 km ispod površine Zemlje, čine je tekući metali temperature 2200 do 5000 Celzijevih stupnjeva. Na 5000 km jezgra postaje čvrsto željezo s dodatkom nikla. Jasno, taj najdublji sloj ne možemo vidjeti, još nismo fizički došli ni do drugoga, a ako ikada i bude moguće prokopati toliko duboko, dočekat će nas, dakle, temperature otprilike toliko visoke kao na površini Sunca.
Zato se znanstvenici služe seizmičkim valovima kako bi proračunali oblik najdublje jezgre. Valovi potresa na jednoj strani planeta koje se prepozna na drugoj njegovoj strani nose suptilne promjene koje znanstvenici mogu koristiti kako bi uprizorili izgled onoga kroz što su prošli. No, kada ti valovi prođu kroz jezgru od sjevera prema jugu, putuju brže od onih valova koji prođu kroz jezgru paralelno s ekvatorom. Tehnički je izraz za ovu pojavu anizotropija, za koju ćete u enciklopedijama pronaći da se radi o osobitosti nekog sredstva da njegova fizikalna svojstva poprimaju različite vrijednosti za različite smjerove. No, kada se radi o najdubljem sloju kojim se bavila grupa prof. Tkalčića, uočena je razlika, na toj dubini se čini da se anizotropija ne poklapa s onom u ostatku unutrašnje jezgre Zemlje.
– Zadnja dva desetljeća nije bilo jasno što je točno taj signal iz središta Zemlje u podacima i zašto ga vidimo – rekla je Joanne Stephenson.
Trojac znanstvenika prikupio je podatke od oko 100.000 potresnih valova koji su prošli kroz taj posljednji sloj jezgre te na njih primijenili algoritam koji traži najbolje fizikalno objašnjenje što se događa da bi se objasnili podaci. I pronašli su da u najdubljem sloju jezgre, koji počinje na oko 650 km od središta Zemlje, najsporiji smjer nije više paralelan s ekvatorom, nego pomaknut za 54 stupnja.
– To nije tek šum u podacima nego je to doista nešto što tamo postoji – rekla je Stephenson.
Nije, međutim, sasvim lako reći što to tamo zapravo jest. Sada se radi sa znanstvenicima iz drugih područja kako bi se došlo do modela najdubljeg sloja koji bi objasnio tu promjenu. Kako se planet hladi, unutrašnja se jezgra hladi i širi, pa bi najdublji sloj mogao utjecati na način kako se željezo kristalizira tijekom hlađenja ili bi se moglo raditi o promjenama u načinu kako se metal ponaša pri visokim temperaturama i tlakovima. Teško je, jer se valovi koji se šire kroz središte Zemlje ne mogu zabilježiti podjednako svuda na površini. I zato je potrebna baza podataka prikupljena od nekoliko tisuća potresa.
Razumijevanje je Zemljine jezgre ključno jer njezina dinamika tvori Zemljino magnetsko polje koje nas štiti od nabijenih čestica koje dolaze sa Sunca. Otkriće Andrije Mohorovičića Uvijek kada se o Zemljinim slojevima radi, moramo se sjetiti Andrije Mohorovičića koji je dokazao diskontinuitet, postojanje još slojeva ispod Zemljine kore, no dosad nitko nije toliko duboko i prokopao.
– “Drugi sloj” je zapravo plašt Zemlje, koji leži ispod kore Zemlje debele između desetak kilometara ispod oceana do čak 80 kilometara ispod Himalaja. Granicu između kore i plašta Zemlje otkrio je seizmološkom metodom Andrija Mohorovičić 1910. godine analizirajući potres u Pokupskom iz 1909. godine. Za vrijeme hladnog rata, Rusi su dobili utrku u tome tko će prokopati najdublje, ali ipak nisu uspjeli doseći Moho. Naime, najdublja bušotina nalazi se na poluotoku Kola (Kola Superdeep Borehole) i iznosi 12.262 metra. Zbog temperature na toj dubini koja je bila veća od očekivane, stijene su se ponašale kao plastika i daljnje je bušenje obustavljeno. S druge strane, Amerikanci su svoj projekt Mohole morali obustaviti zbog manjka financija – objasnio je naš znanstvenik.
Danas, u vrijeme planetarnih istraživanja, radi se i na tome da se dosegne Mohorovičićev diskontinuitet (Moho) tj. plašt Zemlje, i u tome su vodeći Japanci sa svojim spektakularnim znanstveno-istraživačkim brodom Chikyu.
– On će jednoga dana doseći Moho ispod oceanske kore na mjestima gdje je ona najtanja. Taj dio projekta zove se Chikyu Hakken (Otkriće Zemlje). Procjenjuje se da bi s bušenjem trebalo ići barem do 7000 metara dubine ispod oceanskog dna. Trebate za takvo mjesto pronaći dio oceana koji nije predubok i na kojem oceanska kora nije predebela. Chikyu za taj pothvat svakako ima mogućnosti i potencijala, iako se očekuju pakleni uvjeti zbog temperatura od 250 Celzijevih stupnjeva na toj dubini ispod oceanskog dna. No, osim znanstvenih pitanja, Chikyu Hakken je ujedno i odlična prilika za daljnji razvoj tehnologija – zaključio je profesor Tkačić.
Od 12. veljače do 15. svibnja posjetite izložbu "Hrvatska svijetu"
Obzirom da nemamo pojma niti o ‘domu’ (gotovo sve su pretpostavke) pitam se kolika je vjerodostojnost NASA Rovera na Marsu i općenito svega za sto nam uredno uzimaju novce. Ja sam za znanost, a ne za Hollywood.