Nasila się anomalia grawitacyjna pod Antarktydą. Są nowe analizy zjawiska

Antarktyczne Minimum Geoidy (AGL) – tak określa się leżący pod Antarktydą obszar, na którym przyciąganie ziemskie jest słabsze i tworzy coś w rodzaju dziury grawitacyjnej. Tam powierzchnia geoidy, czyli opartego na grawitacji modelu Ziemi, znajduje się poniżej tzw. elipsoidy odniesienia. Ten termin odnosi się do uproszczonego matematycznego modelu kształtu Ziemi – spłaszczonej kuli. Anomalia ta jest tłumaczona przez specyficzne procesy zachodzące w płaszczu Ziemi oraz wpływ zmian w masie lądolodu na przestrzeni tysiącleci.

Dziura grawitacyjna

Nowe modele, zaproponowane przez dr. Petara Glišovicia i prof. Alessandra M. Fortego z Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) pokazują, jak Antarktyczne Minimum Geoidy ewoluowało w czasie i staje się coraz silniejsze. Zjawisko to napędza powolny, długotrwały ruch skał głęboko pod powierzchnią Ziemi.

Zdaniem ekspertów zbadanie tej długoterminowej ewolucji anomalii geoidy jest kluczowe dla zrozumienia dynamiki wnętrza Ziemi. – Podczas gdy większość badań koncentruje się na współczesnych „migawkach” geoidy, my rekonstruujemy zależną od czasu ewolucję najsilniejszego zagłębienia geoidy na Ziemi – Antarktycznego Minimum Geoidy – w ciągu kenozoiku. Ery rozpoczętej około 70 milionów lat temu i trwającej do dziś – napisali badacze we wstępie do artykułu opublikowanego w czasopiśmie „Scientific Reports”.

Wyboista jak ziemniak

Zacznijmy od tego, dlaczego wspomniana geoida Ziemi ma wyboisty „ziemniaczany” kształt pola grawitacyjnego. Wynika to z faktu, że grawitacja jest związana z masą, a ta nie jest jednorodna wewnątrz planety. Skały tworzące Ziemię mają różny skład i odmienną gęstość. Różnice te są mierzalne, aczkolwiek nie na tyle duże, byśmy mogli odczuć je na powierzchni planety. Gdyby ktoś chciał przeprowadzić eksperyment i zważył się w miejscach o niskiej i wysokiej wartości grawitacji na Ziemi, różnica wyniosłaby maksymalnie kilka gramów.

Nie zmienia to faktu, iż geoida stanowi okno na procesy zachodzące głęboko we wnętrzu Ziemi. Procesy, których nie możemy obserwować bezpośrednio.

Fale sejsmiczne jak tomografia komputerowa planety

Francuscy naukowcy zdecydowali się opracować nową mapę Antarktycznego Minimum Geoidy, wykorzystując do tego trzęsienia ziemi. Rozchodzące się przez planetę fale sejsmiczne, napotykając materiały o różnym składzie, zmieniają swoją prędkość i kierunek. Przypomina to nieco tomografię komputerową (CT), która wykorzystuje promieniowanie rentgenowskie w połączeniu z matematyczną rekonstrukcją obrazu. Ludzkie tkanki pochłaniają promieniowanie rentgenowskie w różnym stopniu. Specjalne detektory mierzą ilość promieniowania, jaka dotarła do nich po przejściu przez ciało, a komputer przelicza te dane, tworząc obrazy.

Tutaj sytuacja była analogiczna, tylko zamiast promieni X użyto fal sejsmicznych. Na ich podstawie badacze skonstruowali trójwymiarowy model gęstości płaszcza Ziemi i przekształcili go w nową mapę geoidy całej planety. Następnie porównali ją ze standardowymi danymi grawitacyjnymi zebranymi przez satelity. Zgodność obu pomiarów była wyjątkowo duża.

Powrót do przeszłości

Kolejnym krokiem była swego rodzaju inżynieria wsteczna, czyli metodyczne cofanie się aż do wczesnego kenozoiku, by sprawdzić, w jaki sposób geoida ewoluowała do dzisiejszego stanu. Proces badawczy przypominał przewijanie filmu, by ocenić, czy zaproponowane początkowe warunki faktycznie mogły rozwinąć się w to, co obserwujemy dzisiaj.

Wyniki? Zdaniem ekspertów Antarktyczne Minimum Geoidy istnieje od co najmniej 70 milionów lat. Około 50 milionów lat temu jego położenie i siła zaczęły gwałtownie się zmieniać. Sama anomalia powstała w wyniku tzw. subdukcji płyt tektonicznych, czyli procesu, w którym jedna płyta tektoniczna wsuwa się pod drugą i zapada w głąb płaszcza Ziemi. Zjawisko to zmienia pole grawitacyjne planety na powierzchni. Jednocześnie rozległy obszar gorącego, wypornego materiału unosił się ku górze w płaszczu i w ciągu ostatnich 40 milionów lat coraz silniej wpływał na wzmocnienie niskiej wartości geoidy.

Francuscy badacze sądzą, że może to mieć związek ze zlodowaceniem Antarktydy, które na dobre rozpoczęło się około 34 milionów lat temu. To na razie spekulacja, ale warto zauważyć jedną rzecz: geoida kształtuje poziom mórz. Gdy więc geoida obniżyła się wokół Antarktydy, lokalna powierzchnia oceanu również się obniżyła – co potencjalnie mogło wpłynąć na rozwój pokrywy lodowej.

Źródło: Scientific Reports

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.