Wnętrze Ziemi się zmienia. Odpowiada za to coś, co dociera tam z powierzchni planety

Od niemal trzydziestu lat naukowcy badają planety krążące wokół innych gwiazd niż Słońce, poznając ich rozmiary, skład chemiczny, atmosfery, a nawet dowiadując się niektórych rzeczy o ich wnętrzach. W tym kontekście łatwo wyrobić w sobie przekonanie, że skoro jesteśmy w stanie zajrzeć do wnętrza planety oddalonej od nas o całe lata świetlne, to naszą planetę z pewnością mamy już prześwietloną na każdy możliwy sposób. Nic w tym dziwnego, wszak wnętrze Ziemi mam tuż pod naszymi stopami. Można nawet powiedzieć, że bliżej się nie da. Okazuje się jednak, że to tylko złudzenie. Wnętrze Ziemi wciąż skrywa przed nami wiele tajemnic. Od powierzchni do centrum Ziemi jest nieco ponad sześć tysięcy kilometrów. Tymczasem człowiek jak na razie dowiercił się na głębokość nieco ponad 12 kilometrów. Wszystko, co wiemy o tym, co znajduje się we wnętrzu naszej planety, pochodzi z badań procesów wulkanicznych, tektoniki płyt i sejsmologii. To dzięki tym danym wiemy, że skorupa Ziemi jest tylko cienką warstwą powierzchniową. Niżej znajduje się rozległy płaszcz, na którego dnie znajduje się zewnętrzne i w końcu wewnętrzne jądro. Wciąż jednak nie wiemy zbyt wiele o tych obszarach i o tym, co dzieje się na ich styku. Nie wiadomo na przykład, co znajduje się na styku płaszcza i jądra zewnętrznego i jakie procesy tam zachodzą. Najnowsze symulacje pozwoliły jednak uzyskać nieco nowych informacji o tym, co się tam dzieje. Wyniki tych symulacji są dla badaczy nie lada zaskoczeniem.
Radek Kosarzycki
20.11.2023|Przeczytasz w 0 minut
Wnętrze Ziemi się zmienia. Odpowiada za to coś, co dociera tam z powierzchni planety

Styk stałego płaszcza i ciekłego jądra zewnętrznego to fascynujące miejsce. Mamy tam do czynienia z materią w stałym i ciekłym stanie skupienia, stykającą się przy niezwykle wysokich temperaturach.

W najnowszym artykule badawczym opublikowanym na łamach periodyku Nature Geoscience, naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Arizony, Yonsei University w Korei Południowej, Uniwersytetu w Chicago oraz synchrotronu w Hamburgu wskazują na to, że na styku tych dwóch warstw powstaje właśnie zupełnie nowa warstwa. To w niej przechodzące przez wnętrze naszej planety fale sejsmiczne zwalniają. Doświadczenie geologów wskazuje, że powinno to łączyć się z wymianą chemiczną pomiędzy płaszczem i metalicznym jądrem.

Obszar ten znajdujący się 2700 kilometrów pod powierzchnią Ziemi oznaczono jako “warstwa E”. Owa warstwa stanowi zatem najbardziej zewnętrzną część jądra o grubości od kilkudziesięciu do kilkuset kilometrów. Jak dotąd nie było wiadomo, w jaki sposób ta warstwa powstała.

Czytaj także: Wnętrze Ziemi ochładza się szybciej niż sądzono. Nasza planeta może podzielić losy Marsa i Merkurego

Naukowcy podejrzewają, że woda zawarta w wielu różnych minerałach na skutek subdukcji jest wciągana na coraz większe głębokości. Gdy owe minerały zawierające wodę z powierzchni Ziemi docierają do dna płaszcza ziemskiego, woda z ich wnętrza wchodzi w interakcje z niezwykle gorącym i ciekłym jądrem zbudowanym ze stopu żelaza i niklu. Problem w tym, że takich warunków, jakie panują 2700 km pod powierzchnią Ziemi, na powierzchni Ziemi nie sposób odtworzyć. Z tego też powodu naukowcy musieli uciec się do symulacji.

Aby stworzyć wnętrze Ziemi w laboratorium, badacze skierowali wiązkę laserową na kowadło diamentowe. Dzięki temu znajdujące się w nim materiały doświadczały warunków zarówno wysokiego ciśnienia, jak i temperatury zbliżonych do tych, które panują 2700 km pod Ziemią. Obserwując zachodzące tam procesy, badacze dostrzegli procesy powstawania takich związków jak SiO2 i FeHx. Tlenek krzemu jest następnie pochłaniany przez płaszcz i usuwany z tejże warstwy. Na miejscu, w górnej warstwie jądra zewnętrznego pozostają jednak wodorki żelaza.

To zaskakujące odkrycie, bowiem pod wielu lat przyjmowana, że wymiana materii między jądrem a płaszczem jest niewielka. Teraz okazuje się, że do granicy płaszcz-jądro zewnętrzne dociera woda z powierzchni Ziemi, a następnie reaguje z krzemem pochodzącym z jądra, tworząc ostatecznie krzemionkę.

Czytaj także: Jądro wewnętrzne Ziemi wcale nie jest stałe. Przez dekady żyliśmy w błędzie

Co to wszystko oznacza? Naukowcy wskazują, że warstwa E stopniowo wzbogacana jest o lekki wodór oraz stopniowo traci cięższy krzem. To z kolei oznacza, że warstwa ta ma niższą gęstość, a to oznacza także niższą prędkość rozchodzenia się fal sejsmicznych, co z kolei potwierdzają konkretne dane sejsmiczne.

Warto tutaj jednak zachować pewną zdrową dawkę sceptycyzmu. W opisywanym wyżej artykule naukowym znajdują się solidne dowody na to, że pomiędzy płaszczem a jądrem zewnętrznym Ziemi dochodzi do wymiany pierwiastków. Całkiem możliwe, że istotną rolę w tej zmianie odgrywa woda docierająca tam z powierzchni Ziemi. Czy tak jest na pewno? Tego nie jesteśmy w stanie ustalić. Warto tutaj także pamiętać, że woda, która teraz może stanowić komponent reakcji chemicznych zachodzących na styku płaszcza i jądra zewnętrznego rozpoczęła swoją podróż do wnętrza Ziemi najprawdopodobniej miliony lat temu. Procesy geologiczne i tektoniczne rozgrywają się na przestrzeni całych eonów. Woda, która obecnie znajduje się w morzach i oceanach Ziemi, może być już zupełnie inna niż ta, która właśnie tworzy warstwę E.

UdostępnijTwitter