Okazuje się, że nawet ten skrajnie gorący i niedostępny obszar może być bardziej złożony, niż dotąd sądziliśmy. Naukowcy wykryli bowiem oznaki jeszcze jednej, nieznanej wcześniej warstwy – wewnątrz samego jądra wewnętrznego.
Niespodzianka w środku Ziemi
Ziemia, według klasycznego podziału, zbudowana jest z czterech warstw.
„Tradycyjnie uczono nas, że Ziemia ma cztery główne warstwy: skorupę, płaszcz, jądro zewnętrzne i jądro wewnętrzne” – przypomina w jednym z wywiadów z 2021 r. Joanne Stephenson, geofizyk z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego.
Jednak w świetle najnowszych odkryć konieczna może być korekta tego obrazu. Zespół badawczy pod kierownictwem Stephenson zasugerował istnienie piątej warstwy – jeszcze bardziej wewnętrznego jądra, którego obecność może nieść istotne konsekwencje dla wiedzy o ewolucji naszej planety.
„To bardzo ekscytujące – i może oznaczać, że będziemy musieli na nowo napisać podręczniki!” – podkreśla badaczka.
Informacje ukryte w sejsmicznych falach
Nasza wiedza o wnętrzu Ziemi nie pochodzi z bezpośrednich obserwacji, lecz z danych pośrednich. „Nasza wiedza na temat tego, co znajduje się pod skorupą ziemską, została wywnioskowana głównie z tego, co ujawniły wulkany i co wyszeptały fale sejsmiczne” – wyjaśnia Stephenson. To właśnie fale sejsmiczne, przemieszczające się przez różne warstwy planety, pozwalają naukowcom na tworzenie modeli wnętrza Ziemi.
Jądro wewnętrzne, mimo ekstremalnych warunków, stanowi zaledwie 1 procent objętości Ziemi. Znajdujące się tam żelazo osiąga temperatury przekraczające 5000 stopni Celsjusza (9000 Fahrenheita), lecz pozostaje w stanie stałym ze względu na ogromne ciśnienie. To właśnie ta część globu stała się obiektem zainteresowania zespołu Stephenson, który wykorzystał zaawansowane techniki komputerowe do analizy danych sejsmicznych zbieranych przez dekady przez Międzynarodowe Centrum Sejsmologiczne.
Algorytm kontra tajemnica
Aby zrekonstruować możliwą strukturę jądra, naukowcy wykorzystali algorytm wyszukiwania, który pozwolił im przeanalizować tysiące modeli strukturalnych. Modele te porównano z danymi dotyczącymi czasu, w jakim fale sejsmiczne przemieszczały się przez wnętrze planety.
Analiza ujawniła anomalie sugerujące, że jądro wewnętrzne nie jest jednolite. Istnieje wyraźna zmiana kierunku na głębokości około 54 stopni w stosunku do osi Ziemi – co może wskazywać na występowanie odrębnej warstwy. Prędkość fal sejsmicznych była większa, gdy przemieszczały się one równolegle do osi planety. Jak opisuje Stephenson: „Znaleźliśmy dowody, które mogą wskazywać na zmianę struktury żelaza, co sugeruje być może dwa oddzielne wydarzenia związane z chłodzeniem w historii Ziemi”.
Anizotropia, czyli co mówią fale
Naukowcy przeanalizowali również modele anizotropii, czyli różnic w rozchodzeniu się fal sejsmicznych w zależności od kierunku. Niektóre modele wykazały, że fale przemieszczają się szybciej w kierunku równikowym, inne – że wzdłuż osi obrotu. Pomimo różnic niektóre hipotezy zaczęły zyskiwać przewagę.
„Przeprowadzone tutaj badanie nie wykazało dużej zmienności wraz z głębokością w jądrze wewnętrznym, ale wykazało, że nastąpiła zmiana w wolnym kierunku do kąta 54 stopni, z szybszym kierunkiem fal biegnących równolegle do osi” – podano w analizie.
Możliwe jest, że struktura kryształów żelaza uległa modyfikacjom w różnych etapach historii planety, co oznaczałoby, że istniały przynajmniej dwa znaczące procesy chłodzenia wewnątrz Ziemi.
Niedoskonałość danych, obietnica przyszłości
Autorzy badania zdają sobie sprawę z ograniczeń, jakie niosą ze sobą dane sejsmiczne, zwłaszcza z obszarów polarnych.
„Jesteśmy ograniczeni rozkładem globalnych trzęsień ziemi i odbiorników, zwłaszcza na antypodach polarnych” – zaznaczają w swojej publikacji. Pomimo tego ich wnioski są spójne z wynikami wcześniejszych badań dotyczących anizotropii najbardziej wewnętrznej części jądra Ziemi.
Odkrycie to może również pomóc wyjaśnić, dlaczego niektóre dane eksperymentalne nie pasują do dotychczasowych modeli budowy planety. Jeśli Ziemia posiada dodatkową warstwę o innej strukturze krystalicznej i właściwościach fizycznych, może to rzucić nowe światło na dynamikę magnetyzmu ziemskiego i przemiany cieplne zachodzące przez miliardy lat.
Ślady z przeszłości
Co ciekawe, już wcześniej podejrzewano istnienie tej najbardziej wewnętrznej warstwy. Badania sugerowały, że kryształy żelaza w jądrze wewnętrznym mogą być różnie ułożone, co wpłynęłoby na sposób rozchodzenia się fal. Najnowsze badania Stephenson i jej zespołu dostarczają dowodów wspierających tę hipotezę.
„Szczegóły tego wielkiego wydarzenia wciąż pozostają tajemnicą, ale dodaliśmy kolejny element układanki, jeśli chodzi o naszą wiedzę na temat wewnętrznego jądra Ziemi” – podkreśla badaczka.
Nowy rozdział badań geofizycznych
Choć badania nie dają jeszcze ostatecznych odpowiedzi, to otwierają nową przestrzeń do eksploracji. Przyszłe analizy, być może z wykorzystaniem nowych technologii pomiarowych i danych z trudnodostępnych rejonów planety, mogą wypełnić obecne luki i umożliwić naukowcom dokładniejsze poznanie historii naszej planety.
„Przyszłe badania mogą wypełnić niektóre z tych luk w danych i pozwolić naukowcom potwierdzić lub zaprzeczyć ich odkryciom, a także, miejmy nadzieję, przetłumaczyć więcej historii zapisanych w tej wczesnej warstwie historii Ziemi” – czytamy w publikacji zespołu Stephenson.
Ziemia, jak się okazuje, nadal potrafi zaskakiwać – nawet po miliardach lat ewolucji. I choć jej wnętrze pozostaje dla nas niedostępne, nauka nie ustaje w próbach jego zrozumienia – krok po kroku, fala po fali.