Put u središte Zemlje!

Zašto bolje poznajemo prostranstva udaljenih tela Sunčevog sistema, nego unutrašnjost planete koju nastanjujemo?

Ako razmislimo o građi naše planete, javlja nam se maglovita predstava o tome da se Zemlja sastoji od kore, plašta i jezgra – podatak koji smo naučili na časovima geografije u školi. Znamo i da je kora tanki sloj na površini – poput kore jabuke – čije nabore nazivamo planinama. Svakodnevno smo svedoci nezgodne naravi ovog sloja Zemlje, koji često ume neprijatno da nas iznenadi: snažnim potresima ili apokaliptičnim izbacivanjima lave iz dubljih slojeva planete.

Međutim, još nejasniju sliku imamo o tome odakle nam informacije o dubljim slojevima nebeskog tela velikog kao planeta? Na koji način geolozi i geofiziačri dolaze do podatka da je centar naše planete sačinjen, na primer, od gvožđa? U prvi mah, logika nam sugeriše da nije moguće iskopati toliko duboku rupu i uzorkovati materijal sa dubine od nekoliko hiljada kilometara.

Nedavno je objavljena vest o otkriću novih karakteristika Zemljinog jezgra, koje je izazvalo veliko interesovanje naučne, ali i šire zajednice. Naučnicima je od ranije bilo poznato da njega čine dva sloja – spoljašnji, tečni omotač i unutrašnje, čvrsto jezgro, koji u sastavu uglavnom imaju gvožđe, nikl i neke druge elemente u manjim koncentracijama. Ono što je novina je da su istraživači otkrili još jedan podsistem i to unutrašnjeg dela jezgra, čije su karakteristike bitno drugačije od okoline.

Šta se krije u jezgru?

Odgovor na ovo pitanje nije jednostavan. Ponekad se čini da je teže zaroniti u dubine Zemlje, nego poslati letelicu na drugu planetu ili čak na mesec druge planete, poput slanja sonde Hajgens – male robotizovane laboratorije – na Saturnov mesec Titan. Ovaj prirodni satelit nalazi se na oko 1,5 milijardi kilometara od Zemlje, dok najdublja rupa koju je čovek iskopao ima ”tričavih” 12 kilometara.

Iako je ovo predstavljalo ozbiljan poduhvat za sve angažovane inženjere, naučnike i tehničare, sa stanovišta geologije to je mala ogrebotina na površini Zemlje. Dalje od ovoga nije bilo moguće ići, jer temperature na tim dubinana postaju nepodnošljive čak i za materijale od kojih su bušilice napravljene. Iz ovog razloga, s većom sigurnošću možemo da navedemo hemisjki sastav površine Titana, nego dubljih slojeva Zemlje.

Seizmičke talase uglavnom povezujemo sa razornim dešavanjima, međutim oni imaju svoju korisnu stranu. Kako bi doskočili problemu rešavanja misterije centralnih delova Zemlje, naučnici u pomoć pozivaju upravo ove talase, koji se prostiru kroz Zemlju, kao posledica zemljotresa, snažnih eksplozija ili nekih drugih udara. Seizmički talasi su zapravo elegantnije rešenje, od mukotrpnog bušenja rupa, kojim se geolozi služe.

Brzina prostiranja seizmičkih talasa zavisi od karakteristika sredine kroz koju prolaze i kreću se u rasponu od 3 do čak 13 ili 15 kilometara na čas u dubljim slojevima. Na svom putu ka središtu Zemlje, ovi talasi prolaze kroz slojeve čije karakteristike, poput gustine, sastava materijala i temperature, izuzetno variraju.

Kako naučnici gledaju unutra?

Uz pomoć mernih instrumenata koje nazivamo seizmometri, naučnici snimaju eho ovih talasa, koji se na granicama različitih sredina odbijaju i prelamaju po zakonima koje dobro poznajemo. Na osnovu ovih zakonitosti i dobijenih rezultata merenja, možemo dobiti dubinu na kojoj se nalaze navedeni slojevi. 

Računanjem mase i zapremine Zemlje možemo odrediti srednju gustinu cele planete. S obzirom da gustinu površinskih slojeva, odnosno kore poznajemo s velikom tačnošću, uz pomoć matematike možemo aproksimirati gustinu dubljih slojeva.

Nakon što su odredili gustinu određenog sloja, naučnici procenjuju koji od hemijskih elemenata se najbolje uklapa u tu sliku. Iako se u ovu slagalicu mogu uklopiti i neki drugi teški metali, čija gustina bi odgovarala gistini jezgra Zemlje, geolozi ipak pretpostavljaju da se radi o gvožđu s primesama nikla. Ova ideja nije puka pretpostavka, već se temelji na proučavanju najstarijih stanovnika našeg Sunčeveg sistema – asteroida i meteora. Ovo svemirsko kamenje sačinjeno je u najvećoj meri upravo ova dva elementa, a smatra se da su asteroidi, meteori i planete nastale u isto vreme, pre nekoliko milijardi godina. Na osnovu ovoga možemo zaključiti da susačinjeni od istih hemijskih elemenata.

Naučnici sa Univerziteta u Ilinoisu i Nanjingu, koji su zaslužni za nedavno otkriće o Zemljinom jezgru, takođe su se poslužili seizmičkim talasima. Pratili su njihovo kretanje kroz Zemlju nakon zemljotresa uz pomoć naprednih tehnologija za očitavanje seizmičkih signala, u periodu između 1992 i 2012. godine. Shvatili su da postoje razlike u kretanju talasa od čak 10 sekundi, kada prolaze kroz centralne i spoljašnje delove  unutrašnjeg jezgra.

Naime, ovu pojavu objašnjavaju različitom orjentacijom kristala gvožđa u najcentralnijem delu unutrašnjeg jezgra. Smatra se da su orijentisani pravac istok-zapad, dok su u narednom sloju orijentisani pravac sever-jug, poput naše ose rotacije. Različite orijentacije i neravnomernosti u građi jezgra mogu ukazivati na tokove evolucije naše planete o kojima ranije nismo razmišljali. Ovakva građa ukazuje na dramataičnu prošlost centra naše planete, koja možda sadrži ključ razumevanja formiranja Zemlje, ali i našeg magnetnog polja, koje nas poput nevidljivog štita brani od svakodnevnih naleta razornih naelektrisanih čestica sa Sunca.