Jądro Ziemi się zmienia. Czy w środku planety może tworzyć się nowa warstwa?

W tym artykule:

1. Podróż wody do wnętrza Ziemi
2. Tajemnicza granica między warstwami
3. Nowa warstwa wewnątrz Ziemi?

Promień naszej planety ma aż 6371 km. Taką drogę musielibyśmy pokonać, gdybyśmy chcieli dotrzeć do wnętrza Ziemi. Na razie znajdujemy się zaledwie na początku tej podróży. Bezpośrednio zbadaliśmy tylko pierwsze 12 km prowadzących w głąb globu. Głębsze rejony nie są dostępne dla naszych instrumentów badawczych.

By dowiedzieć się czegoś więcej o wnętrzu Ziemi, naukowcy stosują pośrednie metody badawcze. Jedną z nich są pomiary fal sejsmicznych. A konkretnie – pomiar prędkości, z jaką fala sejsmiczna przechodzi przez naszą planetę. Ta prędkość się zmienia – niekiedy mocno, niekiedy w drobniejszy sposób – w zależności od tego, przez jaki materiał przenika fala. Pozwoliło to ustalić, że nasza planeta składa się z kilku warstw. A także, że nawet one nie są w każdym miejscu identyczne.

Tego rodzaju badania sejsmologiczne sprzed kilku dekad doprowadziły do odkrycia pewnej niespodzianki. Sejsmolodzy mapujący wnętrze Ziemi wykryli mianowicie nową, nieznaną warstwę na granicy jądra i płaszcza Ziemi. Ma zaledwie kilkaset kilometrów. Jak powstała i z czego się składa? Odpowiedzi na te pytania przynosi najnowsze wydanie czasopisma naukowego „Nature Geoscience”.

Podróż wody do wnętrza Ziemi

Znajduje się w nim artykuł zespołu naukowców z Korei Południowej, Stanów Zjednoczonych i Niemiec. Opisują w nim wyniki laboratoryjnych eksperymentów, które doprowadziły ich do wyjaśnienia natury nowej warstwy. Jak się okazuje, jej powstanie ma związek z wodą. A konkretnie – z jej wędrówką wewnątrz planety.

Wewnętrzne jądro Ziemi zacznie obracać się w przeciwnym kierunku? Naukowcy zastanawiają się, czy to możliwe

Wewnętrzne jądro Ziemi – czyli najgłębsza część planety – zwalnia tempo swoich obrotów. Ale czy może również zmienić kierunek kręcenia się?

Doskonale wiemy, że woda krąży między powierzchnią Ziemi a atmosferą. Jednak obieg wody na planecie jest znacznie bardziej skomplikowany. Gdy płyty tektoniczne zderzają się lub wciskają jedna pod drugą, woda transportowana jest do drugiej warstwy naszej planety, czyli do płaszcza.

Tajemnicza granica między warstwami

Woda podróżuje coraz głębiej, aż dociera do granicy między płaszczem a jądrem Ziemi. Granica ta przebiega na głębokości ok. 2900 km. Tam zaczyna się jądro, a dokładniej – jego zewnętrza płynna część. Jądro Ziemi jest metaliczne. To mieszanina żelaza i niklu, która odgrywa ważną rolę w powstawaniu ziemskiego pola magnetycznego. I dlatego bardzo interesuje naukowców.

– Przez lata wierzono, że wymiana materiału między jądrem Ziemi a płaszczem jest niewielka – powiedział Dan Shim z Uniwersytetu Stanowego Arizony, jeden z autorów badań. – Jednak nasze eksperymenty prowadzone pod wysokim ciśnieniem wykazały, że sprawa ma się inaczej – dodał badacz.

Nowa warstwa wewnątrz Ziemi?

Naukowcy wykorzystali laserowo podgrzewane ogniwa diamentowe, aby symulować ciśnienie i temperaturę panujące na granicy rdzeń-płaszcz. Wykazali, że woda, która zostaje wciągnięta aż do środka Ziemi, wchodzi tam w ciąg reakcji chemicznych. – Kiedy woda dociera do granicy jądro-płaszcz, reaguje z krzemem, tworząc ditlenek krzemu, czyli krzemionkę – mówi Dan Shim. Krzemionka unosi się, wchodząc w skład płaszcza. Natomiast wokół jądra tworzy się warstwa zawierająca duże ilości wodoru.

Ta właśnie warstwa, bogata w wodór, natomiast uboga w krzem, miałaby mniejszą gęstość. Fale sejsmiczne przechodziłyby przez nią z mniejszą prędkością. Odpowiada to dawnym obserwacjom sejsmologów.

Istnienie takiej warstwy wskazuje, że obieg wody na planecie jest o wiele bardziej złożony, niż dotychczas sądzono. Dowodzi też, że wewnątrz Ziemi zachodzi jeszcze wiele procesów, które dopiero zaczynamy badać. I to nie tylko na granicy płaszcz-jądro.

W lutym 2023 roku okazało się, że między płaszczem a skorupą Ziemi istnieje warstwa roztopionych skał. Prosty opis Ziemi – mówiący, że jest jak pralinka w przekroju – coraz mniej odpowiada więc rzeczywistości.

Źródła: Science Alert, Nature Geoscience.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com