Dwie tajemnicze struktury we wnętrzu Ziemi mogą mieć miliardy lat. Wskazują na to starożytne kryształy

Spis treści:

1. Jak badano bloby we wnętrzu Ziemi?
2. Z czego składają się superpióropusze i ile mają lat?
3. Kiedy powstały superpióropusze?

Głęboko we wnętrzu Ziemi znajdują się dwa superkontynenty. Jeden umiejscowiony jest pod Pacyfikiem, drugi pod Afryką. Stanowią jedną z największych zagadek naszej planety. Czym są? Jak powstały? Dlaczego utkwiły w dolnym płaszczu, niedaleko samego jądra Ziemi?

Naukowcy zadają sobie te pytania od lat 80. zeszłego wieku. Od tego czasu bowiem wiadomo o istnieniu tych dziwnych struktur. Sejsmolodzy zauważyli bowiem, że przechodząc przez nie, fale sejsmiczne poruszają się wolniej. Dlatego oba bloby zostały wielkimi prowincjami obniżonej prędkości fal poprzecznych (ang. Large Low Shear Velocity Provinces, LLSVP) albo superpióropuszami.

Badania sejsmiczne to jedyny sposób, by badać obie struktury znajdujące się ponad 2 tys. km pod powierzchnią Ziemi. Dzięki nim wiemy, że dziwne bloby są olbrzymie: mają ok. tysiąca kilometrów wysokości i rozciągają się na setki kilometrów w poprzek. Dwa lata temu wykazano, że superpióropusz afrykański jest aż o tysiąc kilometrów wyższy od pacyficznego.

W najnowszym numerze „Nature” naukowcy z Uniwersytetu w Utrechcie pod kierunkiem prof. Arwen Deuss przedstawili wyniki nowych badań sejsmicznych superpióropuszy. Badacze twierdzą, że rozwiązali jedną z zagadek związanych z LLSVP: długość ich istnienia.

Jak badano bloby we wnętrzu Ziemi?

– Dotychczas nikt nie wiedział, czy LLSVP są zjawiskiem tymczasowym i krótkotrwałym, czy też istnieją od milionów, a może nawet miliardów lat – wyjaśnia prof. Arwen Deuss w oświadczeniu prasowym.

Kiedy dochodzi do potężnego trzęsienia ziemi, cała planeta zachowuje się jak wibrujący instrument muzyczny. Przez wszystkie jej warstwy – od powierzchni, przez płaszcz, po jądro – przechodzą fale sejsmiczne. Zespół Deuss przeanalizował fale wywołane przez 100 trzęsień ziemi wystarczająco silnych, by rozwibrować cały glob. Tym razem naukowcy interesowali się nie tylko prędkością fal, ale również ich energią.

Hipoteza zakładała, że przechodząc przez superpióropusze fale sejsmiczne stracą prędkość oraz energię. To pierwsze się sprawdziło. LLSVP są gorące i przez to mocno spowalniają fale sejsmiczne. Jednak drugie – nie. Naukowcy spostrzegli, że podczas podróży przez tajemnicze bloby fale sejsmiczne straciły znacznie mniej energii niż przewidywano.

Z czego składają się superpióropusze i ile mają lat?

Ta informacja pozwoliła wnioskować o materiale, z jakiego składają się LLSVP. Komputerowe modele podpowiedziały, że ich istotnym składnikiem mogą być skrystalizowane minerały. Za każdym razem, gdy fala przekracza granicę między dwoma kryształami, traci energię. Jeśli kryształy są małe, takich granic jest sporo. A wtedy fala traci dużo energii. – Fakt, że przechodząc przez LLSVP fale tracą mało energii wskazuje, że struktury muszą składać się z większych kawałków [niż otaczające je części płaszcza – przyp.red.] – tłumaczy prof. Deuss.

Dookoła obu superpióropuszy znajdują się fragmenty płaszcza zbudowane z bardzo starych płyt tektonicznych. Były one wciągane do wnętrza ziemi przez miliony lat i w tym czasie pogruchotały się na drobne kawałki. Przechodząc przez nie fale sejsmiczne tracą sporo energii – ponieważ granic między okruchami materiału jest dużo. Badacze porównali to do biegu przez piaszczystą wydmę: piasek nie tylko nas spowalnia, ale i musimy włożyć w bieg znacznie więcej energii, niż gdybyśmy się poruszali po ubitym gruncie.

Kiedy powstały superpióropusze?

Naukowcy wywnioskowali więc, że obie LLSV składają się z minerałów zawierających duże kryształy. „Te ziarna minerałów nie utworzyły się w ciągu nocy” – czytamy w oświadczeniu prasowym. Są stabilne w wysokich temperaturach, a to przekłada się na stabilność i sztywność całych superpióropuszy. Prawdopodobnie nie wpływają na nie nawet ruchy płaszcza dookoła.

To zaś oznacza, że obie struktury muszą być bardzo stare. Naukowcy oszacowali, że mają co najmniej pół miliarda lat. Możliwe zaś, że ich wiek to 4 mld lat. I że tym samym pochodzą z epoki, kiedy Ziemia dopiero się formowała. Mogą stanowić rezerwuary pierwotnej materii, z której powstał nasz glob.

Czy ta teoria łączy się z niezwykłą hipotezą opisującą powstanie superióropuszy? Według niej superpióropusze to resztki Thei, hipotetycznej planety, która uderzyła w Ziemię w początkach jej istnienia. Dwa lata temu znaleziono pewne dowody na wsparcie tego pomysłu. Zespół Qiana Yuana z California Institute of Technology policzył, że jeśli w momencie zderzenia Thea miała prędkość 10 km/s, wbiłaby się bardzo głęboko w Ziemię. Z czasem superpióropusze zanurzałyby się jeszcze głębiej w płaszczu, przesuwając w stronę jądra.

Autorzy obecnych badań nie wypowiedzieli się, czy ich ustalenia wspierają teorię pozaziemskiego pochodzenia superpióropuszy.

Źródła: Nature, Uniwersytet w Utrechcie, New Scientist, Live Science

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