Mokslininkai išsprendė pusšimčio metų senumo Žemės galvosūkį: nepatikėsite, kas dedasi po mūsų kojomis

Tai atskleidžia naujas tyrimas, kuris ne tik užbaigia seniai sklandžiusią teoriją, bet ir atveria naujas galimybes pažinti planetos vidų. Žemės paviršiuje nuolat jaučiame jos dinamiškumą - žemės drebėjimai, vulkanų išsiveržimai ir slankiojančios žemynų plokštės primena, kad mūsų planeta nėra statiška kieta masė. 

Tačiau po paviršiumi vyksta dar sudėtingesni ir mažai pažinti procesai. Maždaug 3 000 kilometrų gylyje, arti branduolio ir mantijos ribos, kietos uolienos juda ir ne kaip skystas lava, bet kaip tvirtas kūnas, lėtai slenkantis laikui bėgant.

Ši nauja išvada pagrįsta ETH Ciuricho profesoriaus Motohiko Murakamio vadovaujamu tyrimu. Rezultatai paskelbti žurnale „Communications Earth & Environment“ ir padeda užpildyti spragas, kurios daugiau nei pusę amžiaus glumino mokslininkus.

Ilgai neišspręsta paslaptis

Dar nuo praėjusio amžiaus septintojo dešimtmečio tyrėjai susidūrė su nepaaiškinama D” sluoksnio paslaptimi. Šis sluoksnis, esantis apie 2 700 kilometrų gylyje, pasižymi keista savybe: per jį sklindantys seisminiai bangos staiga įgauna didesnį greitį. 

Tai leido manyti, kad čia egzistuoja unikali mineralinė struktūra, kurios iki šiol niekas negalėjo tiksliai apibrėžti.

2004 metais Murakami atrado, jog pagrindinis apatinės mantijos mineralas perovskitas esant didžiuliam slėgiui ir temperatūrai virsta nauja atmaina – post-perovskitu. Ilgą laiką manyta, kad būtent ši transformacija ir lemia seisminių bangų greičio pokyčius. 

Tačiau vėliau paaiškėjo, kad vien ši fazės kaita to nepaaiškina. Į pagalbą atėjo pažangus kompiuterinis modeliavimas. 

Tyrėjai nustatė, kad seisminių bangų greitis keičiasi priklausomai nuo to, kaip post-perovskito kristalai yra orientuoti. Tik kai visi kristalai modelyje buvo išsidėstę ta pačia kryptimi, buvo atkurtas seisminių bangų greičio šuolis, stebimas D” sluoksnyje.

Laboratorijoje — atsakymas į ilgai keltą klausimą

Eksperimentuodamas ETH Ciuricho laboratorijose, Murakami galiausiai pademonstravo, kad esant milžiniškam slėgiui ir aukštai temperatūrai post-perovskito kristalai iš tiesų orientuojasi viena kryptimi. 

Laboratorijoje mokslininkai ne tik išmatavo seisminių bangų greitį, bet ir atkūrė tą patį efektą, kurį jau seniai stebėjo seismologai. Taip buvo surastas paskutinis trūkstamas dėlionės elementas.

Kieta mantija teka kaip skystis

Didžiausia intriga - kas priverčia šiuos kristalus taip išsidėstyti? Paaiškėjo, kad kaltas horizontalus mantijos tekėjimas branduolio ir mantijos riboje. Tai primena konvekciją, panašią į burbuliuojančio vandens judėjimą puode. 

Toks procesas mokslininkų buvo spėliojamas jau seniai, bet pirmą kartą įrodyta, kad kietos uolienos mantijos viduje juda kaip skystis, lėtai, bet nuosekliai.

Naujas etapas Žemės pažinime

Šis atradimas ne tik užbaigia ilgai trukusią diskusiją apie D” sluoksnio prigimtį, bet ir atveria naujas duris geologiniams tyrimams. Dabar tapo aišku, kad Žemės vidaus dinamika vyksta ne tik skysto branduolio, bet ir kietos mantijos lygiu.

Tai naujas žingsnis suprantant jėgas, kurios lemia vulkaninius išsiveržimus, žemynų slinkimą, galbūt net Žemės magnetinio lauko pokyčius.

Nuo šiol mokslininkai gali pradėti kurti giliausių planetos srautų žemėlapius ir vizualizuoti nematomą variklį, kuris valdo visą planetos geologinį gyvenimą.