Niewidzialna anomalia o kontynentalnych rozmiarach
Ogromne zmiany w polu grawitacyjnym Ziemi wskazują na przesunięcia mas na granicy płaszcza i jądra, co rzuca nowe światło na dynamikę wnętrza naszej planety. Wykrycia niezwykłego zjawiska dokonały satelity GRACE, które przez piętnaście lat precyzyjnie mapowały pole grawitacyjne Ziemi. Między 2006 a 2008 rokiem instrumenty zarejestrowały subtelny, a zarazem rozległy wzór dipolowy rozciągający się na około 7000 kilometrów. Anomalia osiągnęła szczytowe natężenie w styczniu 2007 roku, tworząc sąsiadujące ze sobą obszary o wzmocnionej i osłabionej grawitacji. Dla przeciętnego człowieka te zmiany były całkowicie niezauważalne – mówimy o różnicach tak minimalnych, że tylko najczulsza aparatura mogła je wychwycić. Jednak dla geofizyków stanowiły wyraźny sygnał, że we wnętrzu Ziemi zachodzą gwałtowne procesy.
Satelity GRACE pracowały w duecie, utrzymując stałą odległość około 220 kilometrów. Gdy pierwszy z nich przelatywał nad rejonem o zwiększonej grawitacji, nieznacznie przyspieszał, zwiększając dystans do partnera. Te mikroskopijne zmiany, mierzone z dokładnością do mikrometrów, pozwalały tworzyć niezwykle precyzyjne mapy pola grawitacyjnego. Technologia, o której mowa, umożliwia śledzenie przemieszczeń masy nie tylko w skorupie ziemskiej czy oceanach, lecz także w najgłębszych warstwach planety. Dzięki tym pomiarom monitorujemy topnienie lodowców czy zmiany poziomu wód gruntowych, a teraz również procesy zachodzące tysiące kilometrów pod powierzchnią.
Głębokie źródło zagadki
Zespół badawczy z Paris City University pod kierunkiem geofizyk Charlotte Gaugne Gouranton metodą eliminacji odrzucił powierzchniowe przyczyny anomalii. Ani zmiany w zasobach wód gruntowych, ani prądy oceaniczne nie mogły wytłumaczyć skali i charakteru zjawiska.
Analizując szeregi czasowe gradientów grawitacyjnych pochodzących z misji GRACE, zidentyfikowaliśmy anomalny wielkoskalowy sygnał gradientu grawitacyjnego we wschodnim Oceanie Atlantyckim, maksymalny na początku 2007 roku, który nie może być w pełni wyjaśniony przez powierzchniowe źródła wody ani przepływy płynu w jądrze – wyjaśnia Charlotte Gaugne Gouranton, Paris City University
Źródło okazało się znajdować około 3000 kilometrów pod powierzchnią, w warstwie D” na granicy płaszcza i jądra. Co ciekawe, zjawisko zbiegło się w czasie z nagłą zmianą pola magnetycznego Ziemi, co wskazuje na związek między procesami grawitacyjnymi i magnetycznymi. Kluczowym elementem układanki okazał się bridgmanit, czyli najpowszechniejszy minerał w dolnym płaszczu Ziemi. W ekstremalnych warunkach panujących na głębokości 3000 km – przy ciśnieniu miliony razy wyższym niż na powierzchni i temperaturze przekraczającej 2000 stopni Celsjusza – może on gwałtownie zmieniać swoją strukturę. Przejście z formy perowskitu do post-perowskitu powoduje około 10-procentową zmianę gęstości materiału. Gdy proces ten zachodzi na obszarze tysięcy kilometrów kwadratowych, skutkuje znaczną redystrybucją masy, wystarczającą do zakłócenia pola grawitacyjnego. Niezwykłe jest tempo tych przemian. Dla pojedynczych ziaren minerału transformacja może trwać mniej niż 0,1 sekundy, a dla większych obszarów – do jednego dnia. To mgnienie oka w skali geologicznej, gdzie zwykle mamy do czynienia z procesami trwającymi miliony lat.
Modelowanie potwierdza hipotezę
Komputerowe symulacje wykazały, iż dwie niejednorodności o szerokości 1000 kilometrów, zaledwie o 1 stopień Kelvina chłodniejsze od otoczenia, wznoszące się w głębokich pióropuszach płaszcza, mogły wywołać obserwowaną anomalię. Proces ten spowodował przesunięcie granicy fazowej bridgmanitu o 180 metrów w dół i wygięcie samej granicy między jądrem a płaszczem o 12 centymetrów. Te pozornie niewielkie zmiany na tak ogromnej głębokości przełożyły się na wykrywalną anomalię grawitacyjną na powierzchni. Lokalizacja zjawiska nie była przypadkowa.
Czytaj też: Niewyjaśnione odgłosy 340 kilometrów nad Ziemią. Yang Liwei ostrzega kolejnych astronautów
Anomalia pojawiła się w pobliżu obszarów o niskiej prędkości fal poprzecznych, czyli tajemniczych skupisk materiału o nieznanej naturze znajdujących się blisko jądra Ziemi pod Afryką i Pacyfikiem. Te struktury mogą odgrywać kluczową rolę w dynamice wnętrza naszej planety. Odkrycie otwiera nowe możliwości badania najgłębszych warstw Ziemi. Satelity grawitacyjne mogą stać się swoistym oknem pozwalającym obserwować procesy zachodzące tysiące kilometrów pod naszymi stopami. Oczywiście wiele pozostaje do zbadania, dlatego kolejne misje satelitarne mogą ujawnić więcej takich “niewidzialnych” zjawisk, pomagając nam lepiej zrozumieć, jak funkcjonuje wnętrze naszej planety.