Co znajduje się w wewnętrznym jądrze Ziemi? Fale sejsmiczne ujawniają głębsze jądro.

Wewnętrzny rdzeń Ziemi wydaje się skrywać głębszy sekret.

Książki geologiczne nieuchronnie zawierają wyciętą mapę Ziemi przedstawiającą cztery starannie zdefiniowane warstwy: cienką zewnętrzną skorupę skalną, na której żyjemy, zwaną skorupą; płaszcz, w którym skały płyną jak bardzo lepka ciecz napędzająca ruch kontynentów i podnoszenie się gór; ciekły zewnętrzny rdzeń żelazowo-niklowy, który generuje pole magnetyczne planety; i solidny rdzeń wewnętrzny.

Dwaj australijscy naukowcy, analizując przecięcie się fal sejsmicznych z dużych trzęsień ziemi, stwierdzili, że w centrum Ziemi znajduje się zupełnie inna warstwa. „Teraz potwierdziliśmy istnienie najbardziej wewnętrznego rdzenia” – powiedział jeden z naukowców, Hrvoj Tcalcic, profesor geofizyki na Australian National University w Canberze.

Dr Tkalcik i Tan Soon Pham, badacz ze stopniem doktora szacują, że najgłębsze wewnętrzne jądro ma średnicę około 800 mil. Cały wewnętrzny rdzeń ma około 1500 mil średnicy. Ich ustalenia były Opublikowane we wtorek w Nature Communications.

Podczas gdy wycięty schemat wydaje się przedstawiać wyraźne podziały, wiedza o głębokości Ziemi jest nieuchronnie mętna. Znajduje się około 4000 mil od środka Ziemi i nie można wywiercić więcej niż kilka mil w skorupie ziemskiej. Większość tego, co wiadomo o tym, co znajduje się pod spodem, pochodzi z fal sejsmicznych — wibracji trzęsień ziemi, które przemieszczają się po całej planecie. Pomyśl o nich jako o gigantycznym dźwiękowym obrazie Ziemi.

Najpierw dwóch sejsmologów z Harvardu, Miyake Ishii i Adam Dezyonski Zaproponował ideę głębszego rdzenia wewnętrznego w 2002 roku Na podstawie charakterystyki prędkości fal sejsmicznych przechodzących przez jądro wewnętrzne. Naukowcy wiedzieli już, że prędkość fal sejsmicznych przemieszczających się przez tę część Ziemi zmienia się w zależności od kierunku. Fale poruszały się szybciej, gdy przemieszczały się od jednego bieguna do drugiego wzdłuż osi Ziemi i wolniej, gdy przemieszczały się prostopadle do tej osi. Geofizycy uważają, że różnica prędkości – kilka procent większa wzdłuż torów polarnych – wynika z ułożenia kryształów żelaza w jądrze wewnętrznym.

Ale na niewielkim obszarze w centrum najwolniejsze fale poruszały się pod kątem 45 stopni do osi, a nie 90 stopni, powiedzieli sejsmolodzy z Harvardu.

W tamtym czasie dostępnych było zbyt mało danych, aby przekonać wszystkich.

Najlepszymi pomiarami byłyby fale sejsmiczne przemieszczające się od źródła trzęsienia ziemi bezpośrednio do Ziemi i przez głębsze wewnętrzne jądro. Jednak wykrycie tego na ogół wymaga sejsmometru zlokalizowanego prawie dokładnie po drugiej stronie Ziemi, a ten punkt znajduje się na środku oceanu.

W nowym artykule wykorzystano fakt, że fale sejsmiczne również się odbijają. W ten sposób sejsmometr znajdujący się blisko epicentrum może wykryć odbicie fali, która przeszła przez Ziemię i odbija się od niej, dwukrotnie przechodząc przez najgłębsze wewnętrzne jądro. Może również zostać odbity tam iz powrotem po raz drugi, czterokrotnie przechodząc przez wewnętrzny rdzeń.

W ostatnich latach rozmieszczono dużą liczbę sejsmografów, zwłaszcza w Stanach Zjednoczonych. Połączenie sygnałów z wielu instrumentów umożliwiło wykrycie słabych odbić od trzęsień ziemi o sile 6 lub większej. „Przeanalizowaliśmy 200 zdarzeń i stwierdziliśmy, że 16 z nich miało takie fale zwrotne” – powiedział dr Tkalcic.

Podczas jednego z trzęsień ziemi, które wybuchło na Wyspach Salomona w 2017 r., fale przechodzące pięciokrotnie przez najgłębsze jądro zostały wykryte przez sejsmometry umieszczone nieoczekiwanie po drugiej stronie planety.

„Chwała im za ujawnienie obserwacji, które mogą posłużyć dalszym badaniom do rozwikłania zamieszania związanego ze strukturą wewnętrznego rdzenia” – powiedział Georg Helfrich z Instytutu Nauk o Ziemi i Nauk Przyrodniczych Tokijskiego Instytutu Technologicznego w Japonii, który nie był zaangażowany w badania.

Wydaje się, że nie ma żadnej wielkiej różnicy w składzie między zewnętrznymi i najbardziej wewnętrznymi częściami rdzenia wewnętrznego, a przejście wydaje się stopniowe, a nie ostre.

Może to wskazywać na pewne zmiany w starożytnej przeszłości Ziemi, powiedział Vernon Cormier, profesor fizyki z University of Connecticut, który nie był zaangażowany w badania. Wewnętrzny rdzeń jest dość młody, mówiąc geologicznie, powiedział dr Cormier – szacunki mają od 600 milionów do miliarda lat. To tylko ułamek 4,5 miliarda lat historii planety, a struktura stałego jądra wydaje się złożona. W styczniu inni naukowcy poinformowali, że zmienia się prędkość obrotowa wewnętrznego jądra.

„Powodem, dla którego ludzie badają wewnętrzną infrastrukturę, jest to, że próbują połączyć ją z ziemskim polem magnetycznym” – powiedział dr Cormier. „Ludzie będą próbowali szukać zmian w polu magnetycznym Ziemi, które mogły wystąpić w tym samym czasie, co zmiana krystalizacji wewnętrznego jądra”.