Prošlog je mjeseca u Scienceu, jednom od dva najutjecajnija znanstvena časopisa u svijetu, izašao tekst pod naslovom “The Planet Inside”, Planet iznutra, u kojem se pokušava proniknuti u tajne Zemljine jezgre te govori o tome da je ona možda spasila život na našem planetu.
Ovdje se kaže da magnetsko polje koje je staro gotovo kao i sam planet štiti život od štetne svemirske radijacije. No prije 565 milijuna godina to je polje počelo propadati te je palo na 10 posto današnje snage, navodi se referenca na nedavno otkriće. I onda se, gotovo čudesno, u razdoblju od nekoliko desetaka milijuna godina ponovno osnažilo, u vrijeme koje koincidira s naglim razvojem kompleksnog višestaničnog života znanog kao kambrijska eksplozija života.
I to je tema ovog članka, razmatra se što je moglo potaknuti takvo oživljavanje koje je doprinijelo razvoju života na Zemlji. Vjeruju znanstvenici kako se doista radi o unutrašnjoj Zemljinoj jezgri, sferi čvrstog željeza u središtu rastaljene (ili tekuće) vanjske jezgre. Prema nekim hipotezama, unutrašnja jezgra je stvorena moguće 5 milijardi godina nakon što je stvoren sam planet, a njezin razvoj koji je nalik onome u drveta, očituje se u vrlo polaganoj kristalizacijitempom par milimetara godišnje, mogao je potaknuti konvekciju u vanjskoj jezgri oživljavajući slabeće magnetsko polje koje je štitilo život.
Planet unutar planeta
No nije poznato zašto i kako se to dogodilo te zašto baš u tom trenutku. I to je jedno od najvažnijih pitanja o Zemljinoj jezgri u obliku kugle koja je veličine Plutona.
– To je doista planet unutar planeta. Nalazi se ispod naših nogu, a ipak još ne razumijemo neka od najvećih pitanja o njoj – rekao je u članku, a tko drugi nego naš profesor na Australian National Universityju Hrvoje Tkalčić koji je globalno znanstveno ime stekao upravo proučavajući Zemljinu jezgru.
Članak u Scienceu bio je krasna prilika da se barem pokuša odgovoriti na neka od tih neriješenih pitanja ili da se objasni i popiše znanstvene metode kojima smo došli do saznanja koja imamo danas. I doista, lijepo je objašnjeno kako su ljudi oduvijek, još od drevnih vremena, razmišljali o unutrašnjosti Zemlje. Mislili su da je tamo Had, mjesto kamo odlaze mrtvi, Isaac Newton pokušavao je ustanoviti kolika je gustoća Mjeseca i Zemlje, Edmond Halley mislio je 1686. da se jezgra rotira, a oko nje su omotači kroz koje se emitira magnetizam na površinu.
Pa se ide na priču o vjerojatnom nastanku Zemlje, odnosno udaru više tijela u protozemlju što je bio početak njezina oblikovanja. No danas o procesima zbog kojih je bilo moguće stvaranje života na Zemlji i njegovo održanje znamo daleko više.
– Znamo da je jezgra Zemlje njezin unutrašnji motor, pokretač planetarne dinamike. Počnimo od toga da je ondje temperatura između 5000 i 6000 stupnjeva Celzijevih, što je puno toplije od plašta i kore Zemlje. Zbog toka topline iz jezgre prema vanjskim slojevima planeta događa se nekoliko stvari na globalnoj skali: geodinamo nastaje i održava se u tekućoj jezgri zbog ovako visokih temperatura kojima je podvrgnuto željezo, te zbog silovite konvekcije, solidifikacije jezgre iznutra i rotacije Zemlje. Bez magnetskog polja nema govora o životu na Zemlji, jer nas ono štiti od kozmičke radijacije. A osim toga spora konvekcija u plaštu Zemlje (na geološkoj skali vremena) odgovorna je za prijenos topline iz jezgre prema površini Zemlje što pokreće tektonske ploče i hrani vulkane; dakle i potresi i vulkani kao neposredna su manifestacija procesa koji se odvijaju duboko u Zemljinoj unutrašnjosti. Jezgra je i ono što daje život i ono što ga oduzima, prema tome možemo je s pravom nazvati alfom i omegom svakog planeta – započeo je prof. Tkalčić ističući da, iako sada znamo više, Zemljinu jezgru ipak još ne poznajemo dovoljno.
– Tek smo početkom dvadesetog stoljeća utvrdili njezino postojanje i 1936. otkrili da u sebi ima još jednu kuglu koja je otprilike veličine Plutona. Kasnije se ispostavilo da je ta kugla u čvrstom stanju i nazvana je unutarnja jezgra. U čvrstom je stanju zbog visokog tlaka. Konkretno, riječ je o tlaku koji je 3 milijuna puta viši od atmosferskog tlaka. A tek smo prije dvadesetak godina otkrili da unutarnja jezgra u sebi najvjerojatnije ima još manju kuglu, unutarnju-unutarnju jezgru. Ne radi se o promjeni agregatnog stanja, nego o volumenu u kojem se sa željezom koje je solidificirano zbog enormno visokog tlaka dogodilo nešto drugo. Kristali željeza u tom volumenu orijentirani su drukčije nego u ostatku unutarnje jezgre. Za to znamo iz opažanja prostornih seizmičkih valova, koji se od velikih potresa šire kroz samo središte planeta do površine na njegovoj drugoj strani. Vrijeme njihova putovanja osjetljivo je na kristalografsku strukturu željeza – kaže postavljajući odmah nekoliko pitanja:
– U kojem trenutku Zemljine evolucije se unutarnja jezgra počela solidificirati iznutra prema van? Ili kada je unutarnja-unutarnja jezgra promijenila smjer rasta kristala? Je li taj proces direktno odgovoran za nastanak magnetskog polja ili za njegovo ponovno pokretanje, kao kod starog akumulatora koji morate prispojiti da vam auto upali? Kako je to utjecalo na razvoj života na površini planeta?
– Na ova i slična pitanja još nemamo odgovor i upravo je to ono što moji kolege i ja istražujemo. Najviše smo postigli u seizmologiji i geodinamici, nešto manje u eksperimentalnoj fizici visokih tlakova i temperatura jer je ovakve uvjete jako teško postići u laboratoriju – međutim, približavamo se polako danu kada će i to biti moguće. Moja znanstvena grupa jedan je od predvodnika na ovom području globalne geofizike, a najnovije metode koje koristimo prelaze okvire seizmologije, matematike i fizike i počinju zadirati u druge znanstvene discipline, npr. principe interferometrije, strojnog učenja, te rada s velikim podacima. Primjerice nedavno smo s mojim bivšim doktorandom Suryom Pachhaijem i kolegama iz Amerike i Kanade pokazali da bi strukture na dnu Zemljina plašta mogle biti ostaci katastrofalnog udara Teje u proto-Zemlju, koja se nakon toga još jednom diferencirala. Uspjeli smo “snimiti” unutarnju strukturu unutar misterioznih slojevitih nakupina na granici jezgre i plašta. To nam je uspjelo zahvaljujući primjeni inovativnih matematičkih metoda i simulacija na superkompjutoru. To nas dovodi i do drugih planeta i njihovih jezgri – govori naš znanstvenik.
Upravo je s kolegama objavio novu studiju o unutarnjoj jezgri, dio doktorata Thuanyja Costa de Lime, u kojoj su primijenili korelacijsko polje Zemlje – isto ono korišteno da bi dokazali da je unutarnja jezgra Zemlje u čvrstom stanju – i “osvijetlili” kristalnu strukturu unutarnje-unutarnje jezgre.
– U radu koji je objavio Journal of Geophysical Research pokazali smo da je najsporiji smjer gibanja valova kroz unutarnju-unutarnju jezgru oko 55 stupnjeva otklonjen od osi rotacije Zemlje. U ostatku unutarnje jezgre taj je kut pod 90 stupnjeva, dakle u ekvatorijalnoj ravnini. Tako smo predstavili još jedan dokaz da je u samom središtu planeta, naime u kugli radijusa 600 km, struktura željeznih kristala, iz razloga koji su zasad nepoznati drukčija od ostatka unutarnje jezgre. Je li zato unutarnja-unutarnja jezgra fosilizirani dokaz neke davne globalne kataklizme koja je pokrenula Zemljin unutarnji motor ili pak rezultat postupnih fizikalno-kemijskih procesa u vanjskoj jezgri koje još ne razumijemo dovoljno, ostaje predmet istraživanja i možda će biti tema nekog novog znanstveno-fantastičnog filma – objasnio je prof. Tkalčić.
Geološka budućnost
Uredno je u tekstu spomenuto i vrijedno ime Inge Lehmann, danske seizmologinje, koja je primijetila da Zemljina jezgra nije homogena, nego u sebi ima još jednu, manju jezgru. Nekoliko godina poslije, američki mineralni fizičar Francis Birch postavio je hipotezu da je ono što je Lehmann otkrila kao unutarnju jezgru najvjerojatnije prijelaz iz tekuće u čvrstu fazu željeza.
Teza je to koju će potom istraživati i nepobitno utvrditi upravo prof. dr. sc. Hrvoje Tkalčić. Zamolili smo ga da malo zavirimo i u geološku budućnost Zemlje.
– Jezgra nekog planeta ima svoj životni ciklus, baš kao i planet kojem pripada. Potaknut prijašnjim istraživanjem, volim reći da se radi o planetu unutar planeta i vidim da je to novinar Paul Voosen iskoristio za naslov svog pogleda na istraživanja o jezgri. Istina je da još ne razumijemo u cijelosti kako evoluira magnetsko polje, numeričke simulacije su kompleksne i dosta ovise o početnim uvjetima. Najgore što bi se za život na Zemlji moglo dogoditi jest to da se naš geodinamo ugasi. Naš susjed Mars već je nažalost iskusio tu sudbinu. Naime, tamo se magnetsko polje, koje je nekada postojalo i pružalo uvjete za nastanak života na Marsu, potpuno ugasilo. To je imalo katastrofalne posljedice za crveni planet, koji je tada izgubio i veći dio atmosfere, a vidimo što se dogodilo i s njegovom površinom – objasnio nam je, a govorio je i o tome hoće li jezgra održati oblik u kojem naš planet nesmetano održava svoj oblik i putanju oko Sunca.
– Moj upravo objavljeni rad o “marsotresima” ukazuje na to da konvekcija u plaštu Marsa još uvijek postoji te je planet iznutra još uvijek aktivan. Prema tome, postavlja se pitanje zbog čega konvekcije u njegovoj jezgri nema. Prema jednoj hipotezi, to je zato što se kod diferencijacije Marsa u njegovoj jezgri, uz željezo i nikal, u početku našlo dosta lakših kemijskih elemenata, posebice vodika i sumpora. Problem je bio u njihovu “nesretnom” omjeru zbog kojeg se tekuća jezgra nije uspjela dobro pomiješati, nego se diferencirala na dva dijela zbog čega je konvekcija stala. Preostaje nam istražiti strukturu same marsovske jezgre ne bismo li provjerili ovu hipotezu. Ako zaista postoje slojevi u njoj, seizmički valovi nekog jačeg marsotresa trebali bi moći detektirati taj strukturni prijelaz – rekao nam je naš znanstvenik.
U posljednje se vrijeme često spominje i mogućnost velikog potresa u Kaliforniji, na rasjedu San Andreas, koji bi mogao biti rušilački s potencijalom uništenja tog dijela Amerike.
– Mogu potvrditi da očekujemo veliki potres u Kaliforniji. On bi se prema svim statistikama trebao dogoditi i postoje mnoge studije i puno načina da se izrazi njegova vjerojatnost. Kalifornija se na to priprema dosta dugo. No možete se pripremiti, ali činjenica je da na prirodne sile ne možete utjecati. Konkretno, ne znam koliko toga se može napraviti da bi se zaštitila infrastruktura duž rasjeda San Andreas ili primjerice, duž rasjeda Hayward u zaljevu San Francisca. Tamo imate bolnice, škole, stadione, mostove, vijadukte u neposrednoj blizini rasjeda, a u nekim slučajevima na samom rasjedu. Pola stadiona nalazi se na jednoj, a pola na drugoj tektonskoj jedinici. Nažalost, Kalifornija nije jedina koja je na takvoj lokaciji. Neka od najatraktivnijih mjesta za život na svijetu dolaze “u paketu” s potresima i vulkanima – objašnjava prof. Tkalčić.
>> VIDEO HZJZ objavio: Ukida se karantena, ovo su nova pravila za kontakt s pozitivnom osobom
Znamo mi šta bi se zemlji moglo najgore dogoditi, a šta bi se zemlji najbolje moglo dogoditi?