Coś deformuje jądro wewnętrzne Ziemi. Jego kształt mógł zmieniać się w ostatnich dekadach

W tym artykule:

1. Z jakich warstw składa się Ziemia
2. Czego niedawno dowiedzieliśmy się o jądrze wewnętrznym?
3. Jądro wewnętrzne Ziemi – nowe odkrycie

Analizując fale sejsmiczne rejestrowane między 1991 a 2023 rokiem na Alasce, naukowcy natknęli się na nietypowe informacje. Odkryli zestaw danych pozwalający przypuszczać, że jądro wewnętrzne Ziemi może zmieniać swój kształt. Gdyby to była prawda, wówczas oznaczałoby to, że nasza wiedza o budowie i fizycznych właściwościach jądra jest co najmniej niepełna. Dotychczas zakładano bowiem, że jądro wewnętrzne planety to ciało stałe – kula zbudowana przede wszystkim z żelaza i niklu.

Z jakich warstw składa się Ziemia

Promień Ziemi wynosi średnio 6371 km. To oznacza, że gdybyśmy chcieli dostać się do samego jej środka, musielibyśmy pokonać ponad 6 tys. km bardzo zróżnicowanego materiału. Pierwsza warstwa, skorupa, to zaledwie kilkanaście–kilkadziesiąt kilometrów skał osadowych, granitów czy skał magmowych. Pod nią znajduje się płaszcz mający już aż 2,8–2,8 tys. km głębokości. Jego górna część jest stała, dolna zaś płynna. Temperatura płaszcza sięga 5 tys. st. C. W połączeniu z ogromnym ciśnieniem sprawia to, że głębiej położone skały płaszcza zaczynają zachowywać się jak ciecz.

Jeszcze niżej, ok. 3,5–3,3 tys. km od środka, zaczyna się jądro Ziemi. Podobnie jak o płaszczu, informacje, jakie o nim posiadamy, naukowcy uzyskali, analizując fale sejsmiczne przechodzące przez planetę. Po trzęsieniu ziemi wstrząs przebiega przez wszystkie warstwy globu. W zależności od ich składu, charakterystyki fal sejsmicznych – takie jak ich prędkość czy kierunek – zmieniają się.

I stąd właśnie wiadomo, że jądro Ziemi składa się z dwóch wyraźnie różnych części. Pierwsza, zewnętrzna, ma ok. 2 tys. km grubości. Najprawdopodobniej jest ciekła. To tutaj powstają pola magnetyczne działające i na jądro wewnętrzne i na płaszcz. W samym środku Ziemi znajduje się natomiast jądro wewnętrzne. Bywało przyrównywane do orzecha zatopionego w czekoladzie, ponieważ dotychczas zakładano, że to kuliste, żelazno-niklowe ciało stałe. Jest rozgrzane nawet do 6 tys. st. C i podlega gigantycznemu ciśnieniu.

Czego niedawno dowiedzieliśmy się o jądrze wewnętrznym?

Jednak ten „orzech” ostatnio okazuje się nieco inny niż długo zakładano. W drugiej połowie lat 90. poprzedniego wieku naukowcy znaleźli dowody, że jądro wewnętrzne nie jest bynajmniej nieruchome. Jak ustalili geofizyk Xiaodong Song i sejsmolog Paul Richards, porusza się ono względem płaszcza Ziemi.

Znacznie nowsze jest kolejne zaskakujące odkrycie. W 2023 roku Xiaodong Song opublikował artykuł, w którym zasugerował, że prędkość obracania się jądra wewnętrznego nie jest stała. Miało ono w ostatnich kilkudziesięciu latach zwalniać. Do podobnego wniosku doszedł w zeszłym roku John Vidale z Uniwersytetu Południowej Karoliny. Jego analizy potwierdziły hipotezę Songa: jądro wewnętrzne kręci się coraz wolniej, co może nieznacznie wpłynąć na długość ziemskiego dnia.

Jądro wewnętrzne Ziemi – nowe odkrycie

W najnowszym numerze czasopisma naukowego „Nature Geoscience” Vidale przedstawia nowe analizy fal sejsmicznych, których źródłem było 128 trzęsień ziemi w pobliżu wybrzeży Ameryki Południowej. Trzęsienia wydarzyły się w ciągu ostatnich trzech dekad, a rejestrowały je stacje pomiarowe w Kanadzie i na Alasce.

Naukowcy zastosowali sprytny sposób. Podzielili fale na pary z różnych lat, które przechodziły albo przez jądro wewnętrzne albo w jego pobliżu. I wtedy zauważyli coś zastanawiającego. Jeśli fale z pary przechodziły w różnych latach przez rejony poza jądrem, wyglądały podobnie. Jednak jeśli zahaczyły o jądro, przestawały do siebie pasować. To wskazuje, że pomiędzy trzęsieniami ziemi coś stało się z jądrem wewnętrznym – coś poza samą zmianą jego prędkości obrotu.

Badacze podejrzewają, że wewnętrzne jądro nie tylko zwalnia lub przyspiesza na przestrzeni dziesięcioleci, ale także zmienia swój kształt. – Odkryliśmy dowody na to, że bliska powierzchnia wewnętrznego jądra Ziemi ulega zmianom strukturalnym – powiedział Vidale. Najprawdopodobniej to skutek oddziaływania jądra zewnętrznego.

Naukowcy podkreślają, że ich hipoteza będzie wymagać dalszych badań. Przyznają, że zaobserwowane „niedopasowania” fal sejsmicznych mogą mieć inne przyczyny niż zmienianie się kształtu najgłębszej części jądra.

Źródła: Nature Geoscience, phys.org, New Scientist

Nasza autorka

Magdalena Salik

Dziennikarka i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Autorka powieści z gatunku fantastyki naukowej, ostatnio wydała „Płomień” i „Wściek”. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com