Jądro Ziemi staje się coraz bardziej “koślawe” a naukowcy nie wiedzą dlaczego

W centrum Ziemi czai się tajemnica.

Naukowcy mogą to zobaczyć tylko wtedy, gdy badają fale sejsmiczne (podziemne wstrząsy generowane przez trzęsienia ziemi) przechodzące przez solidne żelazne jądro wewnętrzne planety. Z jakiegoś powodu fale przemieszczają się przez jądro znacznie szybciej, gdy przemieszczają się między biegunem północnym i południowym, niż gdy przemieszczają się przez równik.

Naukowcy wiedzieli o tej rozbieżności – znanej jako anizotropia sejsmiczna – od dziesięcioleci, ale nie byli w stanie wymyślić wyjaśnienia zgodnego z dostępnymi danymi. Teraz, wykorzystując komputerowe symulacje wzrostu jądra w ciągu ostatniego miliarda lat, nowe badanie opublikowane w Nature Geoscience z 3 czerwca oferuje rozwiązanie, które w końcu wydaje się pasować: Każdego roku, krok po kroku, wewnętrzne jądro Ziemi rośnie w ,,koślawy” sposób, z nowymi kryształami żelaza tworzącymi się szybciej po wschodniej stronie jądra niż po stronie zachodniej.

„Ruch ciekłego żelaza w jądrze zewnętrznym przenosi ciepło z jądra wewnętrznego, powodując jego zamarzanie” – powiedział dla Live Science autor badania Daniel Frost, sejsmolog z University of California w Berkeley. „Oznacza to, że zewnętrzny rdzeń pobiera więcej ciepła ze wschodniej strony [pod Indonezją] niż z zachodniej [pod Brazylią]”.

Aby zobrazować ten koślawy wzrost w rdzeniu, wyobraź sobie pień drzewa z słojami rozchodzącymi się promieniście z centralnego punktu, powiedział Frost – ale „środek słojów jest przesunięty od środka drzewa”, tak że słoje są oddalone od siebie po wschodniej stronie drzewa i bliżej siebie po zachodniej stronie.

Przekrój wewnętrznego jądra Ziemi może wyglądać podobnie. Jednak ten asymetryczny wzrost nie oznacza, że ​​sam rdzeń wewnętrzny jest zniekształcony lub zagrożony brakiem równowagi, stwierdzili naukowcy.

Model opracowany przez zespół sugeruje, że wewnętrzne jądro Ziemi rośnie szybciej po jej wschodniej stronie (po lewej) niż po jej zachodniej stronie. Grawitacja wyrównuje asymetryczny wzrost, popychając kryształy żelaza w kierunku bieguna północnego i południowego (strzałki). Ma to tendencję do wyrównywania długiej osi kryształów żelaza wzdłuż osi obrotu planety (linia przerywana), wyjaśniając różne czasy przemieszczania się fal sejsmicznych przez rdzeń wewnętrzny.(Źródło zdjęcia: Marine Lasbleis)

Średnio promień wewnętrznego jądra rośnie równomiernie o około 0,04 cala (1 milimetr) każdego roku. Grawitacja koryguje koślawy wzrost na wschodzie, przesuwając nowe kryształy na zachód. Tam kryształy zbijają się w struktury sieciowe, które rozciągają się wzdłuż osi jądra północ-południe. Zgodnie z modelami zespołu, te kryształowe struktury, ustawione równolegle do biegunów Ziemi, to superautostrady sejsmiczne, które umożliwiają falom trzęsienia ziemi szybszy ruch w tym kierunku.

Rozpakowywanie kuli śnieżnej

Co w ogóle powoduje tę nierównowagę w jądrze wewnętrznym? Trudno powiedzieć, nie patrząc na wszystkie inne warstwy naszej planety, powiedział Frost.

„Każda warstwa na Ziemi jest kontrolowana przez to, co jest nad nią i wpływa na to, co jest pod nią” – powiedział. „Wewnętrzny rdzeń powoli zamarza z płynnego zewnętrznego jądra, jak kula śnieżna dodająca więcej warstw. Zewnętrzny rdzeń jest następnie chłodzony przez płaszcz nad nim – więc pytanie, dlaczego rdzeń wewnętrzny rośnie szybciej z jednej strony niż z drugiej, dlaczego jedna strona płaszcza jest chłodniejsza od drugiej?”

Płyty tektoniczne mogą być częściowo temu winne, powiedział Frost. Gdy zimne płyty tektoniczne zanurzają się głęboko pod powierzchnią Ziemi w strefach subdukcji (miejsca, w których jedna płyta tonie pod drugą), ochładzają one płaszcz poniżej. Jednak to, czy chłodzenie płaszcza może wpłynąć na wewnętrzny rdzeń, jest nadal przedmiotem debaty, powiedział Frost.

Równie zagadkowe jest to, czy koślawe chłodzenie jądra może wpływać na pole magnetyczne Ziemi. Współczesne pole magnetyczne jest zasilane ruchem ciekłego żelaza w zewnętrznym jądrze; ruch tej cieczy jest z kolei napędzany ciepłem traconym z wewnętrznego jądra. Jeśli wewnętrzne jądro traci więcej ciepła na wschodzie niż na zachodzie, to zewnętrzne jądro przesunie się również bardziej na wschodzie, powiedział Frost.

„Pytanie brzmi, czy to zmienia siłę pola magnetycznego?”

Tak duże pytania wykraczają poza zakres nowego artykułu zespołu, ale Frost powiedział, że rozpoczął pracę nad nowymi badaniami z zespołem geomagnetyków, aby zbadać pewne możliwości.

Źródło: Brandon Specktor

Dynamic history of the inner core constrained by seismic anisotropy

Zdjęcie: Shutterstock

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x