U školama smo učili da se unutrašnjost Zemlje sastoji od tri glavna sloja: vanjske kore, plašta i jezgre; koja je pak podijeljena na tekuću vanjsku i krutu unutarnju (slika dolje). No, znanstvenici su sada otkrili da se duboko u središtu našeg planeta nalazi još jedan dio – čvrsta metalna kugla.
Prema istraživanju objavljenom u časopisu Nature Communications, koje su proveli hrvatski znanstvenik Hrvoje Tkalčić i njegov suradnik seizmolog Thanh-Son Pham s Australskog nacionalnog sveučilišta (ANU) u Canberri, unutarnja jezgra ima još jedan skriveni sloj, odnosno "najdublju unutarnju jezgru".
Već je početkom ovog stoljeća iznesena teza da u samom središtu Zemlje postoji još jedan sloj, neka vrsta centralne jezgre, ali je tako nešto bilo jako teško dokazati. Mada smo podosta upućeni u zbivanja i prirodne procese na površini planeta, ono što se zbiva u njegovoj utrobi još je uvijek donekle misterij.
Put u središte Zemlje
Naime, znanstvenici ne mogu otputovati do središta Zemlje, s obzirom na to da se ono nalazi na dubini od nekoliko tisuća kilometara, te stoga ne mogu dobiti podatke izravnim mjerenjima. Jedino što mogu napraviti jest prikupiti informacije indirektnim putem, analizom svojstava potresa ili nekom drugom sličnom metodom.
"Problem nastaje kad pokušate potvrditi postojanje centralne jezgre proučavanjem valova koji se iz žarišta velikih potresa na jednoj strani svijeta šire kroz jezgru na suprotnu. Naime, velika je vjerojatnost da na suprotnoj strani globusa, na 180 stupnjeva od mjesta događanja velikih potresa, nećete naći ni jedan sjedini seizmograf. Zašto? Zato što je ta točka najčešće usred oceana!" objašnjava Tkalčić.
"Zato nam trebaju inovativne ideje i metode da centar planeta 'osvijetlimo' valovima u svim smjerovima, na sličan način na koji je to moguće napraviti u medicinskoj radiologiji kod snimanja unutarnjih organa tijela. Kolega Son Pham i ja uspjeli smo napravili upravo nešto poput toga", dodaje.
"Prvi put u povijesti seizmologije opazili smo i dokumentirali valove koji se od žarišta potresa gibaju dva, tri, četiri ili čak pet puta duž Zemljina promjera, tj. tako da se kroz unutrašnjost Zemlje odbijaju duž istog smjera, tamo i natrag nekoliko puta", navodi naš znanstvenik.
Bolje razumijevanje Zemljinog magnetskog polja
Koristeći instrumente koji otkrivaju vibracijske valove, znanstvenici su otkrili da najdublja unutarnja jezgra ima izrazitu anizotropiju, što je svojstvo tvari koje joj omogućuje da poprimi različite karakteristike ovisno o kutu iz kojeg joj se prilazi.
Primjer predmeta koji je anizotropan je komad drva: mnogo je lakše raskomadati komad drva za ogrjev tako da ga udarite u smjeru njegova vlakna nego o njega. Upravo je to ono obilježje koje razlikuje najdublju jezgru.
Kada je došlo do procjene Zemljine jezgre, istraživači su promatrali koliko brzo seizmički valovi putuju kroz nju u različitim smjerovima i otkrili su da najdublja unutarnja jezgra mijenja brzinu tih valova na drugačiji način od sloja iznad nje.
Otkrivanje novog sloja više od 1600 kilometara ispod naših nogu je značajno. Prisutnost najdublje jezgre mogla bi znanstvenicima dati bolje razumijevanje Zemljinog magnetskog polja, kako se ono razvijalo te kako će se i dalje razvijati.
Pham ističe kako nam ovo otkriće također "daje uvid u ono što se moglo dogoditi s drugim planetima". "Uzmimo Mars kao primjer. Još uvijek ne razumijemo zašto je Marsovo magnetsko polje prestalo postojati u prošlosti", naglasio je Pham, a prenosi CNN.
Metalna kugla u središtu našeg planeta
Tkalčić navodi kako su u istraživanju pokazali da je brzina zvučnih valova (generiranih velikim potresima) koji se kreću unutarnjom jezgrom različita u različitim smjerovima.
"Naime, centralni dio čvrste unutarnje jezgre ponaša se drugačije od njezine vanjske ljuske. U središtu čvrste unutarnje jezgre je još jedna metalna kugla u kojoj najsporiji smjer širenja valova čini kosi kut sa Zemljinom osi rotacije. U vanjskoj ljusci čvrste unutarnje jezgre valovi se gibaju najsporije u ekvatorijalnoj ravnini", objašnjava naš znanstvenik.
"Zašto valovi usporavaju baš u tim smjerovima? Razlika u brzini širenja valova kroz isti materijal uzrokovana je razlikom u kristalnoj strukturi atoma željeza (kako i koliko gusto su atomi raspoređeni) ili pak zbog smjera rasta kristala željeza u unutarnjoj jezgri. A to kako su kristali rasli, tj. kako se tekuća jezgra postupno solidificirala, pruža nam uvid u Zemljinu daleku povijest", dodaje.
"Mislim da smo ovim radom stavili točku na 'i' potvrdivši postojanje centralne jezgre u sredini unutarnje jezgre Zemlje koristeći inovaciju koja je postala moguća zbog razvoja seizmologije i postojanja gustih kontinentalnih mreža od nekoliko stotina seizmografa", objasnio je Tkalčić.
"Procijenili smo da je radijus središnje metalne kugle oko 650 km", dodao je i priložio ilustraciju (slika dolje) koja pokazuje putanje valova velikog potresa kod Anchoragea na Aljasci magnitude 7.1.
Na ilustraciji se vidi kako valovi putuju do južnog dijela Atlantika, natrag do Aljaske, ponovo do južnog Atlantika i natrag do Aljaske, gdje ih bilježi gusta mreža seizmografa. Svijetlo crvenom bojom je označena centralna jezgra, tamno crvenom unutarnja jezgra, a tamno žutom vanjska (tekuća) jezgra.
Vremenska kapsula zakopana više od 5000 km duboko ispod naših nogu
Upitali smo Tkalčića utječe li ovo otkriće na bilo koji način na naše shvaćanje mehanizma iza formiranja našeg planeta.
"Istraživanje duboke unutrašnjosti Zemlje može se usporediti s astronomskim istraživanjima, samo što su naši 'teleskopi' usmjereni prema središtu planeta. Rast unutarnje jezgre je poput fosiliziranog zapisa uvjeta koji vladaju u Zemljinoj unutrašnjosti i na površini dok se unutarnja jezgra milimetar po milimetar kristalizira iz vanjske tekuće jezgre i raste do svoje današnje veličine", kazao je Tkalčić za Index.
"Moguće je da je prijelaz iz najdublje središnje jezgre u njenu vanjsku ljusku, koji smo dokumentirali u ovom radu, fosilni trag promjene intenziteta magnetskog polja ili pak rezultat drugačije kristalografske strukture atoma željeza pri visokim tlakovima i temperaturama. Zbog toga volim o unutarnjoj jezgri razmišljati kao o vremenskoj kapsuli zakopanoj više od 5000 km duboko ispod naših nogu", dodaje.
"Treba nam multidisciplinarni pristup. Osim seizmoloških opažanja koja nam daju uvid u strukturu unutrašnjosti Zemlje, potrebne su eksperimentalne studije željeza na visokim temperaturama i tlakovima i numeričko modeliranje kako bismo do kraja složili slagalicu", zaključio je naš znanstvenik.
Hrvoje Tkalčić, redoviti profesor i voditelj Odsjeka za geofiziku na Australskome nacionalnom sveučilištu u Canberri, rođen je 1970. godine u Bjelovaru. Osnovnu školu i gimnaziju je pohađao u Vinkovcima, a 1996. je diplomirao fiziku, smjer geofizika s meteorologijom, na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu (PMF) u Zagrebu.
Doktorirao je na temu unutrašnjosti jezgre na Kalifornijskom sveučilištu u Berkeleyju 2001. Bio je postdoktorand na Istraživačkom institutu SCRIPPS Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu, a zatim u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore. Nakon toga prelazi na Australsko nacionalno sveučilište.
Istraživanje naziva Up-to-fivefold reverberating waves through the Earth’s center and distinctly anisotropic innermost inner core objavljeno je u časopisu Nature Communications.