infa.lt

Foto: Science

Dėl kokios priežasties ir kaip, senovės Žemė atsirado vidinis branduolys? Tai yra viena iš daugelio seniai žinomų paslapčių, susijusių su vidiniu Žemės branduoliu – geosfera, kurios gylis siekia penkis tūkstančius kilometrų ir kuri savo dydžiu prilygsta Plutono planetai, rašo „Science“ leidinys.

Mokslininkai siekia įminti vadinamojo vidinio Žemės branduolio paslaptį ir suprasti, kaip jis galėjo apsaugoti gyvybę mūsų planetoje.

Žemės magnetinis laukas atsirado beveik tuo pačiu metu kaip ir pati Žemė. Jis saugo gyvybę mūsų planetoje nuo kosminės spinduliuotės poveikio. Tačiau naujausias atradimas atskleidė, kad prieš 565 mln. metų Žemės magnetinis laukas nebuvo reguliarus; tiesą sakant, jo stiprumas net smarkiai sumažėjo iki 10% dabartinio lygio.

Tačiau tada stebuklingai, vos per kelias dešimtis milijonų metų, magnetinio lauko stiprumas buvo atkurtas – ir tai įvyko pačiu laiku, nes tuo istoriniu momentu, vadinamu Kambro sprogimu, staiga atsirado sudėtinga daugialąstė gyvybė.

Kokia galėtų būti tokio greito magnetinio lauko stiprumo atsistatymo priežastis?

Mokslininkai vis dažniau įvardija tokią priežastį: Žemės vidinio branduolio, t. y. kietos geležies geosferos, esančios išlydyto išorinio branduolio viduje, atsiradimas, kur burbuliuojantis metalas generuoja planetos magnetinį lauką.

Vos tik atsiradus vidiniam branduoliui (o tai įvyko praėjus gal 4 mlrd. metų po pačios Žemės gimimo), jo medžio pobūdžio augimas, dėl kurio paviršius kasmet pakildavo po kelis milimetrus, paskatino spartesnius procesus išoriniame branduolyje.

Visa tai turėjo įtakos nestabiliam planetos magnetiniam laukui, kuris tokiu būdu suformavo apsauginį barjerą, skirtą gyvybei Žemėje apsaugoti. „Vidinis branduolys regeneravo Žemės magnetinį lauką pačiu dramatiškiausiu evoliucijos momentu“, – aiškina Rochesterio universiteto geofizikas Džonas Tarduno (John Tarduno).

– Kas būtų nutikę, jei jis nebūtų susiformavęs?“

Dėl kokios priežasties ir kokiu būdu senovės Žemėje susiformavo vidinis branduolys? Tai viena iš daugelio seniai žinomų paslapčių, susijusių su vidiniu Žemės branduoliu, t. y. geosfera, kurios gylis siekia penkis tūkstančius kilometrų ir kuri savo dydžiu prilygsta Plutono planetai.

„Vidinis branduolys yra planeta planetoje. Jis turi savo kraštovaizdį, savo sukimosi greitį, savo struktūrą. Jis paslėptas giliai po žeme. Ir vis dėlto kai kurie esminiai klausimai apie jį vis dar neatsakyti“, – aiškina Australijos nacionalinio universiteto (ANU) seismologas Hrvoje Tkalčičius.

Tačiau mokslininkai jau pamažu pradeda ieškoti atsakymų į šiuos klausimus. Analizuodami seismines bangas, kurios kyla dėl Žemės drebėjimų ar branduolinių bandymų ir prasiskverbia į vidinį Žemės branduolį arba nuo jo atsispindi, seismologai nustatė, kad vidinis branduolys sukasi nepriklausomai nuo kitų mūsų planetos geologinių sluoksnių.

Naudodamiesi kompiuterinėmis priemonėmis mokslininkai sugebėjo sukurti viršutiniuose planetos sluoksniuose suspausto geležies lydalo struktūros ir jo keisto elgesio modelį.

Dabar eksperimentatoriai yra arti to, kad patvirtintų kai kurias savo teorines išvadas – tam jiems reikės laboratorinėmis sąlygomis atkurti vidiniam branduoliui būdingą ekstremalią temperatūrą ir slėgį.

Utrechto universiteto geofizikė Arwen Deuss jau džiaugiasi šiais eksperimentais, nes dabartinė mokslinė atmosfera, susijusi su Žemės paslaptimis, šiek tiek primena septintąjį dešimtmetį, kai mokslininkai atrado jūros dugno plitimą [plitimas – tai procesas, kai litosferos plokštes stumia viena nuo kitos iš apačios į vidurio vandenyno keterų lūžių sritį įsiliejanti magma] ir buvo prie pat atradimo teorijos, paaiškinančios Žemės paviršiuje vykstančius pokyčius, – plokščių tektoniką. „Dabar taip pat turime visus reikalingus stebėjimo duomenis, – sako Deuss. Belieka tik juos sujungti.

Senovėje žmonės manė, kad Žemės centras yra tuščiaviduris; jame yra Hado buveinė, pragaro liepsnos arba daugybė kanalų, šildančių vandenyno vandenis. Vėlesniais laikais, po Izaoko Niutono gautų klaidingų Mėnulio ir Žemės tankio apskaičiavimų, Edmundas Halėjus (Edmund Halley) 1686 m. iškėlė prielaidą, kad Žemė – tai daugybė kiautų, supančių besisukančią sferą, dėl kurios aplink Žemės paviršių registruojamas magnetinis laukas.

Pagrindiniai planetų formavimosi principai padės mums suprasti šį reiškinį. Tikėtina, kad maždaug prieš 4,5 mlrd. metų Žemė atsirado susidūrus daugeliui į asteroidus panašių „planetezimalų“. [planetesimalas – dangaus kūnas, skriejantis aplink protožvaigždę; jis susidaro palaipsniui pritraukiant mažesnius kūnus, sudarytus iš dulkių dalelių iš protoplanetinio disko].

Planetosimaluose buvusi geležis dėl savo gravitacijos nugrimzdo į išlydytos protožemės branduolį, o lengvesnės silikatinės uolienos pakilo į viršų kaip sviesto gabalėliai ant vandens, sudarydamos mantiją. Esant kelių tūkstančių laipsnių temperatūrai ir milijonų atmosferų slėgiui, šerdis turėjo išlikti išlydyta – net ir tada, kai Žemės mantija ir pluta atvėso ir sukietėjo.

XX a. trečiojo dešimtmečio pradžioje seismologai šią nuomonę patvirtino svarbiu argumentu – vadinamosios „šešėlio zonos“ egzistavimu. Tai reiškia štai ką: įvykus žemės drebėjimui iš geologinio lūžio zonos sklinda išilginės bangos (P bangos), kurios sklinda visomis kryptimis. Tada susidaro antrinės, arba skersinės, bangos (S bangos).

Per galingus žemės drebėjimus seismologai kitoje Žemės rutulio pusėje užfiksavo P bangas, kurios, keliaudamos per vidinius Žemės sluoksnius, užlinksta. Tačiau keista, kad nebuvo užfiksuota S bangų – tokia situacija galėjo susiklostyti tik darant prielaidą, kad geležies branduolys yra skystos būsenos, nes skysčiams trūksta standumo, kad pro juos galėtų sklisti S bangos.

Tik XX a. trečiojo dešimtmečio pradžioje danų seismologas Inge Lehmannas (Inge Lehmann) užfiksavo kito tipo P bangas ir įrodė, kad Žemės branduolys nėra visiškai skystas.

Lehmanno atrastos bangos sklido tokiu kampu, koks būtų įmanomas tik tuo atveju, jei jos atsispindėtų nuo ko nors tankaus. 1936 m. Lehmannas padarė išvadą, kad Žemė turi kietą vidinį branduolį, kurio skersmuo, kaip vėliau paaiškėjo, buvo apie 2 440 km – tikra maža planeta didelėje planetoje.

Pereikime prie Pietų Sandvičo salų. Tai negražios vulkaninės kilmės uolos, esančios tolimuose Atlanto vandenyno pietuose. Pietų Sandvičo salos, jei galima taip pasakyti, yra žemės drebėjimų fabrikas – visa tai dėl netoliese esančios Pietų Amerikos tektoninės plokštės subdukcijos zonos.

Seismologai šias salas pamėgo dėl jų vietos: Žemės drebėjimų sukeltos seisminės bangos, sklindančios iš Pietų Sandvičo salų į vienintelę seisminę stotį Aliaskoje, sklinda per vidinį Žemės branduolį.

Beveik prieš trisdešimt metų Kolumbijos universiteto seismologai Siaodongas Songas (Xiaodong Song) ir Polas Ričardsas (Paul Richards) nusprendė panaudoti šias bangas Žemės vidinio branduolio, kuris, tarsi skystyje pakibęs kūnas, nebūtinai sukasi sinchroniškai su likusia planetos dalimi, sukimuisi tirti.

Peržiūrėję duomenų bazę, kurioje apibendrintos visos ankstesnės seismogramos, abu mokslininkai bandė rasti nedidelius P bangų nuokrypius, kurie atsirado per keliasdešimt Žemės drebėjimų Pietų Sandvičo salose per kelis dešimtmečius.

Kaip ir tikėtasi, jų sklidimo laikas per išorinį Žemės branduolį ir mantiją išliko pastovus. Tačiau kiekvienais stebėjimų metais P bangos, keliaujančios per vidinį branduolį, šiek tiek pagreitėjo. „Greičio padidėjimas buvo nedidelis, tačiau jį buvo galima užfiksuoti“, – aiškina Xiaodong Songas.

Songas ir Ričardsas rado tik vieną šio paslaptingo reiškinio paaiškinimą: vidinis Žemės branduolys sukasi maždaug 1° per metus greičiau nei likusi planetos dalis. Dėl šio supersukimosi Žemės vidinio branduolio seisminių bangų trajektorijos palaipsniui tapo bendraašės su Žemės šiaurės-pietų ašimi, o tai, kaip žinoma, didina išilginių bangų greitį.

Kaip teigiama 1996 m. žurnale „Nature“ paskelbtame straipsnyje, kas 400 metų vidinis Žemės branduolys mūsų planetos viduje atlikdavo vieną papildomą apsisukimą.

Šį rezultatą po kelerių metų patvirtino Pietų Kalifornijos universiteto seismologas Džonas Vidalis (John Vidale), tačiau jis taikė kitokį metodą. Vidale’as specializuojasi didelės apertūros seisminių matricų (LASA) seismogramose.

Šiame, 1978 m. uždarytame JAV karinių oro pajėgų objekte Montanoje buvo daugiau kaip 500 jutiklių, įrengtų giliuose gręžiniuose atominių krūvių bandymams sekti.

„Šie duomenys vis dar yra aukščiausios kokybės turimi duomenys. Jie pranašesni už visus kitus iki šiol gautus duomenų rinkinius“, – teigia Vidalis. Atominių bandymų sukeltos seisminės bangos buvo idealios, nes, kitaip nei Žemės drebėjimų atveju, jų epicentras nustatomas labai tiksliai.

Vidalis stebėjo seismines bangas, sukeltas dviejų požeminių branduolinių sprogimų, kuriuos Sovietų Sąjunga 1971 ir 1974 m. įvykdė atokiame Arkties archipelage Naujojoje Žemėje.

Užuot ieškojęs seisminių bangų, kurios sklinda per vidinį branduolį, kaip tai darė Sunas ir Ričardsas, Džonas Vidalis pasirinko bangas, kurios nuo jo atsispindėjo, o branduolio sukimąsi fiksavo kaip radaro spindulį. „Galėjome stebėti, kaip viena Žemės vidinio branduolio pusė priartėja, o kita nutolsta, – sako Vidalis.

Mokslininkas nustatė, kad per trejus metus tarp požeminių branduolinių bandymų vidinis branduolys per metus pasisuko 0,15° greičiau nei kiti planetos geologiniai sluoksniai (Vidalio gautas rezultatas buvo daug mažesnis nei pirminis hipotetinis Songo pasiūlytas įvertinimas).

Tačiau vėliau Soongo 2005 m. atliktame darbe pateikti rezultatai atitiko Vidalio patikslintą įvertį (šiame darbe buvo naudojami aštuoniolikos porų Žemės drebėjimų, kilusių Pietų Sandvičo salų regione, seisminiai duomenys; šie žemės drebėjimai toje pačioje vietoje kartojosi ištisus dešimtmečius).

Vidinio Žemės branduolio superrotacijos atradimas padarė didelį įspūdį daugeliui geofizikų, nes anksčiau buvo manoma, kad jis sukasi tokiu pat greičiu kaip ir mantija.

Be to, šis atradimas pažadino naujas mokslininkų viltis, nes vidinio Žemės branduolio sukimasis gali būti raktas į atsakymus į šiuos klausimus: kaip vidinis mūsų planetos branduolys susijęs su išoriniu branduoliu ir kokį vaidmenį jis atlieka formuojantis magnetiniam laukui, atsirandančiam dėl dinamo efekto?

Kai kurie ekspertai manė, kad vidinio branduolio superrotacija netgi padėtų paaiškinti, kodėl Žemės magnetiniai poliai laikas nuo laiko juda ir keičiasi vietomis.

Vos tik mokslininkai atrado Žemės vidinio branduolio sukimąsi, jiems teko įsitikinti, kad tikrasis vaizdas iš tikrųjų yra sudėtingesnis ir paslaptingesnis. „Mūsų suvokimas, kurio laikėmės prieš dešimt metų, nebeatitinka tikrovės, – teigia Džonas Vidalis.

O visai neseniai Xiaodongas Songas, kuris šiuo metu studijuoja Pekino universitete, nusprendė dar kartą grįžti prie savo darbo apie vidinio branduolio sukimąsi. Songo kolega, tyrėjas Yi Yangas, sudarė iki šiol plačiausią duomenų bazę, apimančią informaciją apie pasikartojančius Žemės drebėjimus.

Duomenų bazėje nurodyti epicentrai ne tik Pietų Sandvičo salose, bet ir tokiose šalyse kaip Čilė ir Kazachstanas. Išanalizavę informaciją apie daugiau kaip 500 šaltinio ir detektoriaus porų (t. y. įvairias trajektorijas, einančias per vidinį Žemės branduolį), Xiaodong Song ir Yi Yang nustatė, kad mūsų planetos vidinio branduolio supersukimosi greitis jau buvo sustojęs maždaug prieš dešimt metų ir nuo to laiko vidinis branduolys sukasi tokiu pat greičiu kaip ir mantija.

Kaip sakė Songas, skirtumas tarp sukimosi „išnyko per vieną naktį“. Praėjusių metų pabaigoje Amerikos geofizikų sąjungos (AGU) susitikime mokslininkas supažindino kolegas su gautais rezultatais.

<…>

Vidalės požiūriu, 1969-1974 m. užfiksuotas sukimosi pokytis nuo lėto iki greito gali rodyti tam tikrą fundamentalų Žemės vidinio branduolio sukimosi periodiškumą. Radijo astronomai jau kelis dešimtmečius stebi nežymius Žemės paviršiaus sukimosi pokyčius (paros ilgį) kosminių atskaitos sistemų atžvilgiu – kosmoso gelmėse esančių stacionarių kosminių švyturių, vadinamų kvazarais.

Dažniausiai per metus užfiksuotus Žemės paviršiaus virpesius sukeldavo tokie reiškiniai kaip uraganai ir Žemės drebėjimai. Tačiau išryškėjo, nors ir labai nedidelis, reguliarus dienos ilgio svyravimas, kuris yra šešerių metų ciklo dalis.

„Niekas negali pasakyti, kas tai lemia“, – sako geodezininkas Bendžaminas Čao (Benjamin Chao) iš Taivano akademijos ‚Academia Sinica‘. – Tačiau visi linkę manyti, kad šio reiškinio priežastis yra vidinis branduolys“.

<…>

Jeigu vidinis Žemės branduolys yra paslaptis, tai vidinis vidinio branduolio sluoksnis yra mįslė, kurią gaubia paslaptis. Nuo XX a. aštuntojo dešimtmečio seismologai žino, kad seisminės bangos vidiniu branduoliu sparčiausiai sklinda išilgai šiaurės-pietų ašies; taip gali būti todėl, kad manoma, jog geležies kristalai yra orientuoti pagal vyraujančią Žemės magnetinio lauko kryptį.

Tačiau 2002 m. Miaki Ishii ir Adam Dziewoński iš Harvardo universiteto nustatė, kad maždaug 600 km skersmens sferinėje srityje ši greičio ašis pasvirusi 45° kampu. Pasak M. Ishii, ši anomalija gali būti kažkada senovėje egzistavusio magnetinio lauko aidas arba ji gali reikšti geležies šerdį, kurioje geležies atomai sudaro kubinę, o ne šešiakampę kristalinę gardelę. Kad ir kaip ten būtų, Išii aiškina, kad „Žemės centre vyksta ypatingas procesas“.

<…>

Visas šis sudėtingas paveikslas pagal geologinius standartus atsirado visai neseniai. Mokslininkai netgi teigė, kad vidinis Žemės branduolys gimė tuo pat metu, kai gimė mūsų planeta.

Tačiau prieš dešimt metų mokslininkai sumodeliavo vidiniame branduolyje vykstančius procesus (eksperimentai buvo atliekami aukšto slėgio kameroje su deimantiniais antgaliais) ir nustatė, kad geležis šilumą praleidžia bent du kartus greičiau, nei manyta anksčiau.

Kadangi dėl aušimo Žemės vidinis branduolys didėja, greitas šilumos praradimas, atsižvelgiant į dabartinį vidinio branduolio dydį, reiškia, kad jis greičiausiai susiformavo ne anksčiau kaip prieš milijardą metų, o labiau tikėtina, kad tai įvyko dar vėliau.

„Jokiu būdu negalime ignoruoti paties fakto, kad yra vidinis branduolys, susiformavęs palyginti neseniai, – sako geodinamikos ekspertas Briusas Bafetas (Bruce Buffett) iš Kalifornijos universiteto Berklyje.

<…>

Jei nebūtų atsiradęs Žemės magnetinis laukas, mūsų planetoje besiformuojanti gyvybė, kurią tais senaisiais geologiniais laikais buvo galima rasti tik vandenyne mikrobų ir protomedūzų pavidalu, būtų veikiama daug didesnės Saulės spinduliuotės dozės, atsirandančios dėl Saulės žybsnių.

O tuo metu, pasak Tarduno, kaip tik buvo padidėjusi deguonies koncentracija Žemės atmosferoje. Akivaizdu, kad padidėjusi spinduliuotė galėjo lengvai jonizuoti deguonį. Ir ilgainiui deguonis būtų pradėjęs „nutekėti“ į kosminę erdvę; taip deguonies atsargos, toks brangus gyvybės šaltinis, būtų išsekusios, o deguonies atsargų sumažėjimo tikimybė „tik didėtų“.

Tačiau po trisdešimties milijonų metų svarstyklės pakrypo gyvybės naudai. Džono Tarduno vadovaujama mokslininkų grupė nuvyko į karjerus Vičitos kalnuose, Oklahomoje, kur buvo kasamas gruntas keliams. Mokslininkams pavyko rasti 532 mln. metų senumo vulkaninių uolienų.

AGU susitikime Tarduno komanda pranešė apie tokius savo darbo rezultatus: mokslininkai išanalizavo magnetinio lauko, kuris, atrodo, buvo sustingęs mažytėse iškastų uolienų magnetinėse adatėlėse, stiprumą ir galiausiai sugebėjo nustatyti, kad jo stiprumas jau šoktelėjo iki 70% dabartinio lygio.

„Pagaliau nustatėme šį faktą“, – sako Tarduno. Jis mano, kad Žemės magnetinio lauko stiprumo šuolį lėmė mūsų planetos vidinio branduolio augimas; šis procesas, pasak mokslininko, kaip tik ir yra „tikrasis ženklas, rodantis Žemės vidinio branduolio gimimą“.

Maždaug toje pačioje geologinėje epochoje įvyko radikalūs pokyčiai, turėję įtakos įvairioms mūsų planetoje gyvenančioms gyvybės formoms – būtent tuo metu įvyko vadinamasis Kambro sprogimas, t. y. staigus įvairių gyvybės formų skaičiaus padidėjimas, lėmęs daugelio skirtingų gyvūnų grupių atsiradimą. Galiausiai atsirado pirmieji sausumos gyvūnai – dvikojų daugialąsčių protėviai, kurie į sausumą išėjo maždaug prieš 425 mln. metų.

Ir visai įmanoma, kad palankios sąlygos gyvybei atsirasti susidarė būtent dėl tos geležies planetos, kuri nuo mūsų akių paslėpta Žemės gelmėse penkių tūkstančių kilometrų gylyje.

infa.lt: skaitant visą šią medžiagą susidaro įspūdis, jog visi tie milijonai stebuklingų dalykų, atsiradę suderinti tarpusavyje ir tinkamu metu, (įdėmiai !!!) – skirti apsaugoti gyvybę – vyko VISIŠKAI ATSITIKTINAI. Mokslas greičiau patikės tokiu stebuklu, net negalėdamas jo įrodyti, nei pripažins aukštesnės jėgos įsikišimą, kuris patį mokslą tiesiog paverčia nereikalingu, neskaitant taikomųjų atradimų, na, pvz – kaip sukurti plastiką ar viršgarsinę raketą.