Oko 2.890 kilometara ispod naših nogu leži ogromna lopta tečnog metala: jezgro naše planete. Naučnici poput mene koriste seizmičke talase koje stvaraju zemljotresi kao neku vrstu ultrazvuka da „vide“ oblik i strukturu jezgra.
Koristeći novi način proučavanja ovih talasa, moj kolega Ksiaolong Ma i ja smo došli do iznenađujućeg otkrića: oko ekvatora postoji veliki deo jezgra u obliku krofne, debeo nekoliko stotina kilometara, gde seizmički talasi putuju oko 2% sporije nego u ostatku jezgra.
Mislimo da ovaj region sadrži više lakših elemenata kao što su silicijum i kiseonik, i da može igrati ključnu ulogu u ogromnim strujama tečnog metala koji prolaze kroz jezgro i stvaraju Zemljino magnetno polje. Naši rezultati su objavljeni danas u Science Advances.
Većina studija o seizmičkim talasima koje stvaraju zemljotresi posmatraju velike, početne frontove talasa koji putuju oko sveta otprilike sat vremena nakon zemljotresa.
Shvatili smo da možemo da naučimo nešto novo gledajući kasniji, slabiji deo ovih talasa, poznat kao koda – deo koji muzičko delo dovodi do kraja. Konkretno, pogledali smo koliko su slični kodovi snimljeni na različitim seizmičkim detektorima, nekoliko sati nakon što su počeli.
U matematičkom smislu, ova sličnost se meri nečim što se zove korelacija. Zajedno, ove sličnosti u kasnim delovima talasa zemljotresa nazivamo „talasnim poljem koda-korelacije“.
Gledajući u talasno polje koda-korelacije, otkrili smo sićušne signale koji potiču iz višestrukih talasa odjeka koje inače ne bismo videli. Razumevanjem putanja koje su ovi talasi odjekivali i uparujući ih sa signalima u talasnom polju koda-korelacije, utvrdili smo koliko im je vremena trebalo da putuju kroz planetu.
Zatim smo uporedili ono što smo videli u seizmičkim detektorima bliže polovima sa rezultatima bliže ekvatoru. Sve u svemu, talasi otkriveni bliže polovima putovali su brže od onih blizu ekvatora.
Isprobali smo mnoge kompjuterske modele i simulacije o tome koji uslovi u jezgru mogu da dovedu do ovih rezultata. Na kraju smo otkrili da mora postojati torus — oblast u obliku krofne — u spoljašnjem jezgru oko ekvatora, gde talasi putuju sporije.
Seizmolozi ranije nisu otkrili ovaj region. Međutim, korišćenje talasnog polja koda-korelacije nam omogućava da „vidimo“ spoljašnje jezgro detaljnije i ravnomernije.
Prethodne studije su zaključile da se talasi sporije kreću svuda oko „plafona“ spoljašnjeg jezgra. Međutim, u ovoj studiji smo pokazali da je oblast male brzine samo blizu ekvatora.
Spoljno jezgro Zemlje ima radijus od oko 3.480 km, što ga čini nešto većim od planete Mars. Sastoji se uglavnom od gvožđa i nikla, sa nekim tragovima lakših elemenata kao što su silicijum, kiseonik, sumpor, vodonik i ugljenik.
Dno spoljašnjeg jezgra je toplije od vrha, a temperaturna razlika čini da se tečni metal kreće poput vode u loncu koja ključa na šporetu. Ovaj proces se naziva termička konvekcija, i mislimo da bi konstantno kretanje trebalo da znači da je sav materijal u spoljašnjem jezgru prilično dobro izmešan i ujednačen.
Ali ako je svuda u spoljašnjem jezgru puno istog materijala, seizmički talasi bi takođe svuda trebalo da putuju približno istom brzinom. Pa zašto se ovi talasi usporavaju u regionu u obliku krofne koji smo pronašli?
Mislimo da u ovom regionu mora postojati veća koncentracija svetlosnih elemenata. Oni se mogu osloboditi iz Zemljinog čvrstog unutrašnjeg jezgra u spoljašnje jezgro, gde njihova uzgona stvara više konvekcije.
Zašto se lakši elementi više nakupljaju u regionu ekvatorijalnih krofni? Naučnici smatraju da bi se ovo moglo objasniti ako se više toplote prenese sa spoljašnjeg jezgra na stenoviti omotač iznad njega u ovom regionu.
Takođe postoji još jedan proces planetarnih razmera na delu u spoljašnjem jezgru. Zemljina rotacija i malo čvrsto unutrašnje jezgro čine da se tečnost spoljašnjeg jezgra organizuje u dugačke vertikalne vrtloge koji se kreću u pravcu sever-jug, poput džinovskih vodenih izliva.
Turbulentno kretanje tečnog metala u ovim vrtlozima stvara „geodinamo“ odgovoran za stvaranje i održavanje Zemljinog magnetnog polja. Ovo magnetno polje štiti planetu od štetnog sunčevog vetra i radijacije, čineći život mogućim na površini.
Detaljniji prikaz sastava spoljašnjeg jezgra — uključujući novopronađenu krofnu lakših elemenata — pomoći će nam da bolje razumemo Zemljino magnetno polje. Konkretno, način na koji polje menja svoj intenzitet i pravac u vremenu je ključno za život na Zemlji i potencijalnu nastanjivost planeta i egzoplaneta.
