Znameniti hrvatki geofizičar prof. dr. sc. Hrvoje Tkalčić s Australskog nacionalnog sveučilišta, sa svojim je postdoktorandom dr. Xiaolong Ma u znanstvenom časopisu Science Advances objavio novi rad koji se tiče onoga po čemu se prof. Tkalčić u svijetu proslavio. Iz naziva rada Seismic low-velocity equatorial torus in the Earth’s outer core: Evidence from the late–coda correlation wavefield teško se može zaključiti o čemu se radi. A to je, svedeno na svakome razumljiv jezik, otkriće strukture u tekućoj jezgri Zemlje koja je oblika – jedne krafne!
- Radi se o otkriću divovske krafne u vanjskoj jezgri Zemlje! Malo karikiram, ali nije toliko daleko od istine. Naime, novootkriveni volumen niskih seizmičkih brzina u vanjskoj jezgri izgleda kao torus iliti doughnut na engleskom, što je u prijevodu – krafna. Dakle, smjestio se taj volumen u vrhu vanjske tekuće jezgre i to samo u ekvatorijalnim geografskim širinama, i zato ima oblik torusa. Ako Vam je teško intuitivno zamisliti kako to izgleda, možete pogledati sliku 6 u izvornom radu ili guglati “torus.” Ili, kad razmišljate o ekvatorijalnim širinama, zamislite si Saturnove prstene, počeo nam je objašnjavati prof. Tkalčić i postavio pitanje - što usporava seizmičke valove u tom volumenu?
- U članku smo pokazali (proučavanjem korelacijskog polja Zemlje što je apstraktno matematičko polje koje postoji zbog sličnosti valova koji reverberiraju kroz Zemlju odbijajući se od unutrašnjih struktura i graničnih ploha nakon velikih potresa) da je brzina smanjena čak za 2 posto u odnosu na ostatak vanjske jezgre što upućuje na postojanje veće koncentracije lakših kemijskih elemenata nego u ostatku vanjske jezgre. Koga bi to zapravo bilo briga? Pa, da bi razumjeli konvekciju u vanjskoj jezgri (a to je važno da bi shvatili kako funkcionira Zemljin dinamo i kako se održava postojeće magnetsko polje), treba razumjeti što ju pokreće. Bez konvekcije tekućeg željeza koje je električni vodič, nema ni indukcije koja stvara magnetsko polje. Konvekciju pokreće a) razlika u temperaturi između dna i vrha tekuće jezgre, isto kao i kipuću vodu u loncu, što se naziva termalna konvekcija te b) uzgon lakših kemijskih elemenata koji se oslobađaju u tekuću jezgru (leguru željeza i nikla) prilikom skrućivanja unutrašnje jezgre jer ti lakši kemijski elementi više “vole” tekućinu nego krutu tvar. Konvekcija u vanjskoj jezgri je vrlo kompleksna i turbulentna, no to je dobro za stalno obnavljanje dinama i magnetskog polja. Do sada se mislilo da se lakši elementi možda skupljaju na “plafonu” vanjske jezgre i tako uzrokuju smanjenje seizmičkih brzina pri vrhu vanjske jezgre posvuda u njoj, no mi smo pokazali da samo famozni torus u ekvatorijalnim širinama ima to smanjenje. Koji fizikalni mehanizam bi to objasnio ostaje veliko pitanje i to bi se sada trebalo ispitati u numeričkim simulacijama ili eksperimentalnim uvjetima, objasnio je prof. Tkalčić.
Jedna mogućnost je da se jezgra brže hladi na ekvatoru nego na polovima, što bi moglo objasniti razliku u koncentraciji lakših kemijskih elemenata na raznim geografskim širinama. Ovaj rad pružit će i nove spoznaje o kemijskim elemenatima koji su u vanjskoj jezgri osim željeza i nikla. Najozbiljniji kandidati su silicij, kisik, sumpor, ugljik i vodik.
Nastavimo u jednostavnijem tonu, jer prof. Tkalčić kaže kako ima puno toga što još ne znamo.
- Primjerice, uopće nije jasno zašto Zemlja ima magnetsko polje a Venera ga nema, s obzirom da se radi o planetu slične veličine. Imaju ga svi veliki planeti, ali ima ga i Merkur. Zašto onda Venera ne? Mjesec i Mars ga nemaju, ali Mars ga je imao no ugasilo se u ranoj povijesti Sunčeva sustava. Ako slijedimo logiku da ga manji planeti nemaju jer se brzo ohlade, pa ni nemaju tekuću jezgru, svejedno je teško objasniti što se to dogodilo da se kod Marsa dinamo tako rano ugasio, a Venera uopće nema aktivan dinamo. Želimo shvatiti kako se mijenja intenzitet i smjer magnetskog polja u vremenu. To donekle znamo iz magnetizacije stijena za neka prošla vremena, ali htjeli bi shvatiti kako će se ono ponašati u bliskoj budućnosti. Kada se intenzitet naglo smanji, to utječe na život na Zemlji. Također, dolazi i do promjene polariteta a mehanizam za to se još uvijek istražuje. Kad bi konvekcija u vanjskoj jezgri stala, ugasio bi se i geodinamo, a s njime i magnetsko polje koje Zemlju štiti od sunčeva vjetra i radijacije, kaže hrvatski znanstvenik.
Reći će kako je teško postići laboratorijske uvjete da se Zemljin geodinamo i magnetsko polje koje nastaje radom godinama simuliraju, tako da se dosta istraživačkih radova svode na numeričke simulacije. Tu pak treba znati početne uvjete, a to je ono što seizmološka opažanja nude.
- Tako da su naši rezultati koji sugeriraju postojanje lakših elemenata u ekvatorijalnom torusu, na neki način, početni uvjeti za numeričke simulacije geodinama, kaže prof. Tkalčić.