Vladislav Strekopytov. Μέσα στον πυρήνα της γης βρίσκεται μια συμπαγής μεταλλική σφαίρα με ακτίνα περίπου 650 χιλιομέτρων – οι επιστήμονες κατέληξαν σε αυτό το συμπέρασμα αναλύοντας την ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων από τους σεισμούς. Αυτό κάνει σημαντικές προσαρμογές στις ιδέες για το πώς λειτουργεί ο πλανήτης.
.
Κύμα “λάμψη”
Σχεδόν όλα τα δεδομένα για τη δομή του εσωτερικού της γης λαμβάνονται από ειδικούς από παρατηρήσεις της διάδοσης των σεισμικών κυμάτων. Μια ανάλυση των αλλαγών στην ταχύτητά τους έδωσε τη δυνατότητα να διαπιστωθεί ταυτόχρονα ότι ο πλανήτης αποτελείται από πολλά ομόκεντρα στρώματα – από τον φλοιό έως τον πυρήνα, το άνω άκρο του οποίου βρίσκεται σε βάθος περίπου 2900 χιλιομέτρων από την επιφάνεια.
.
Τα σωματικά κύματα που χρησιμοποιούνται στις γεωφυσικές παρατηρήσεις χωρίζονται σε διαμήκη κύματα P, στα οποία εμφανίζονται ελαστικοί μηχανικοί κραδασμοί κατά την κατεύθυνση διάδοσης και σε εγκάρσια κύματα S με κάθετες δονήσεις. Οποιαδήποτε σεισμική ώθηση εκτοξεύει και τους δύο τύπους κυμάτων ταυτόχρονα, αλλά διαθλώνται διαφορετικά στα όρια των μέσων με διαφορετικές πυκνότητες. Εάν τα κύματα P διέρχονται από οποιοδήποτε υλικό, τότε τα κύματα S, τα οποία ονομάζονται επίσης κύματα διάτμησης, διαδίδονται μόνο στα στερεά.
Το 1936, ο Δανός γεωφυσικός Inge Lehmann πρότεινε ότι ο πυρήνας της Γης δεν είναι ομοιογενής, αλλά αποτελείται από δύο κελύφη – ένα εξωτερικό λιωμένο και ένα εσωτερικό στερεό. Μεταγενέστερες μελέτες επιβεβαίωσαν ότι στον πυρήνα σε βάθος περίπου 5100 χιλιομέτρων από την επιφάνεια υπάρχει πραγματικά ένα όριο μεταξύ των δύο μέσων. Αυτό βοήθησε στον καθορισμό του πάχους του υγρού εξωτερικού πυρήνα, στον οποίο έσβησαν τα κύματα διάτμησης. Η ακτίνα του εσωτερικού πυρήνα είναι επομένως περίπου 1300 χιλιόμετρα. Ωστόσο, για πολύ καιρό, οι επιστήμονες δεν είχαν ξεκάθαρη άποψη για τη δομή φάσης του.
.
Μυστήριο του εσωτερικού πυρήνα
Από τη μία πλευρά, η φύση της διάθλασης και της ανάκλασης των διαμήκων κυμάτων έδειξε ότι ο εσωτερικός πυρήνας ήταν ως επί το πλείστον συμπαγής. Και ακόμη και στις πιέσεις που υπάρχουν σε αυτά τα βάθη – περίπου 3,8 εκατομμύρια bar – είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς μια διαφορετική κατάσταση της ύλης. Αλλά για να επιβεβαιωθεί η έκδοση, ήταν απαραίτητο να διορθωθεί η διάδοση των κυμάτων διάτμησης, η οποία ήταν πολύ προβληματική: τα κύματα αυτού του τύπου πρακτικά δεν περνούν από το περιβάλλον υγρό κέλυφος του εξωτερικού πυρήνα.
Για να επισημάνουν κύματα διαφορετικών τύπων στα στρώματα της γης, οι γεωφυσικοί χρησιμοποιούν χαρακτηρισμούς γραμμάτων: P – διαμήκη κύματα στο μανδύα. S, κύματα διάτμησης στον μανδύα. K, διαμήκη κύματα στον εξωτερικό πυρήνα. I – διαμήκη κύματα στον εσωτερικό πυρήνα. Τα J είναι κύματα διάτμησης στον εσωτερικό πυρήνα.
.
Τα κύματα από μια συγκεκριμένη σεισμική ώθηση που έχουν περάσει από διάφορα κελύφη και καταγράφονται από σεισμογράφους στην έξοδο αποδίδονται συγκεκριμένος κωδικός. Για παράδειγμα, εάν τόσο ο μανδύας όσο και ο εξωτερικός πυρήνας παρουσίαζαν διαμήκεις κραδασμούς, ενώ ο εσωτερικός πυρήνας παρουσίαζε εγκάρσιες δονήσεις, ο κωδικός θα ήταν PKJKP. Και αν οι ταλαντώσεις δεν είναι καθόλου σταθερές στον εσωτερικό πυρήνα – PKIKP.
.
Η αρχική εργασία ήταν να βρεθεί η συνιστώσα J στα κύματα PKJKP. Αυτό έγινε για πρώτη φορά το 2018. Οι γεωφυσικοί από το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Αυστραλίας Hrvoe Tkalcic και Thanh Son Pham χρησιμοποίησαν μια ειδική τεχνική για την ανίχνευση υπερασθενών κυμάτων – τη μέθοδο των συσχετιστικών κυματικών πεδίων. Βασίζεται στην αρχή της σύγκρισης άμεσων και ανακλώμενων σημάτων από τον ίδιο σεισμό, που λαμβάνονται από ζεύγη σεισμογράφων σε αντίθετα μέρη του πλανήτη.
Ταυτόχρονα, οι συγγραφείς απέρριψαν σκόπιμα τις τρεις πρώτες ώρες των σεισμογραμμάτων, αποκλείοντας έτσι τα ισχυρά κυματικά σήματα, και έλαβαν υπόψη μόνο το διάστημα από τρεις έως δέκα ώρες μετά τον σεισμό. Η μέθοδος κατέστησε δυνατό τον προσδιορισμό της ταχύτητας των εγκάρσιων κυμάτων στον εσωτερικό πυρήνα της Γης: 3,42 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο στα σύνορα με τον εξωτερικό πυρήνα και 3,58 στο κέντρο.
.
Αυτές οι τιμές αποδείχθηκαν κάπως χαμηλότερες από ό,τι θα έπρεπε στην περίπτωση ενός συμπαγούς σώματος που αποτελείται από καθαρό σίδηρο ή κράματα που βασίζονται σε αυτό. Για να το εξηγήσουν οι επιστήμονες προβάλλουν αρκετές υποθέσεις. Πρώτα απ ‘όλα, υποτέθηκε ότι ο εσωτερικός πυρήνας δεν είναι απολύτως συμπαγής, αλλά έχει μια ορισμένη πλαστικότητα, όπως ορισμένα μέταλλα, όπως ο χρυσός ή η πλατίνα. Οι παρατηρούμενες παράμετροι αντιστοιχούν επίσης σε ένα κράμα σιδήρου, πυριτίου και άνθρακα.
.
Οι μειωμένες ταχύτητες των κυμάτων J μπορούν επίσης να εξηγηθούν από έναν άλλο λόγο – την παρουσία στον εσωτερικό πυρήνα μιας μικρής ποσότητας τήγματος που περιέχεται στο χώρο μεταξύ στερεών κρυστάλλων. Μια τρίτη επιλογή είναι επίσης δυνατή – ο ίδιος ο εσωτερικός πυρήνας είναι ετερογενής. Αυτό, ειδικότερα, υποδηλώνεται από τη διαφορά στις ταχύτητες των σεισμικών κυμάτων στο όριο και στο κέντρο του.
.
Μέθοδος πινγκ πονγκ
Για τη νέα μελέτη, οι Tkalcic και Pham επέλεξαν 200 σεισμούς μεγέθους έξι ή περισσότερων βαθμών που συνέβησαν τα τελευταία δέκα χρόνια. Η προσοχή επικεντρώθηκε στα κύματα ΠΚΙΚΠ. Έχοντας επεξεργαστεί δεδομένα από μεγάλο αριθμό αισθητήρων από όλο τον πλανήτη χρησιμοποιώντας ένα ειδικό πρόγραμμα, για καθένα από τα σεισμικά γεγονότα, οι επιστήμονες κατασκεύασαν εικόνες κυματικών πεδίων που καλύπτουν ολόκληρη την επιφάνεια της Γης – παγκόσμια συσχετιστικά.
Η μέθοδος ενίσχυσης του σήματος που αναπτύχθηκε από τους συγγραφείς κατέστησε δυνατή την ανακατασκευή των διαδρομών και της ταχύτητας των σεισμικών κυμάτων με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ήταν δυνατό να εντοπιστούν έως και πέντε αντηχήσεις – αντανακλάσεις από την επιφάνεια και αντίστροφες διελεύσεις κυμάτων μέσα από τα έγκατα της Γης.
.
«Είναι σαν μια μπάλα του πινγκ πονγκ που αναπηδά πέρα δώθε», είπε ο Thanh Son Pham σύμφωνα με το περιοδικό Nature.
.
Κάθε αντήχηση διαρκεί περίπου 20 λεπτά για να ταξιδέψει από τη μια πλευρά του πλανήτη στην άλλη και το σήμα εξασθενεί κάθε φορά. Προηγουμένως, δεν είχε καταγραφεί περισσότερες από μία τέτοιες «αντανακλάσεις».
Άνοιγμα του μίνι πυρήνα
Τα δεδομένα που ελήφθησαν επιβεβαίωσαν την ύπαρξη μιας καυτής και πυκνής μεταλλικής μπάλας με διάμετρο περίπου 1300 χιλιομέτρων στο κέντρο του πλανήτη. Όπως και ολόκληρος ο εσωτερικός πυρήνας, προφανώς αποτελείται από κρυσταλλικό σίδηρο με μια μικρή ανάμειξη νικελίου.
Είναι ενδιαφέρον ότι η φύση της επιβράδυνσης των κυμάτων που διέρχονται από τον «πυρήνα» δεν συμπίπτει με την εικόνα στο γύρω κέλυφος. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, αυτό οφείλεται στις ιδιαιτερότητες της συσκευασίας των ατόμων σιδήρου ή στον κυρίαρχο προσανατολισμό των αναπτυσσόμενων κρυστάλλων σε διαφορετικές θερμοκρασίες και πιέσεις.
.
«Οι κρύσταλλοι σιδήρου στο κεντρικό τμήμα είναι πιθανώς οργανωμένοι διαφορετικά από ό,τι στο εξωτερικό στρώμα», σημειώνει ο Tkalchich.
.
Διαφορές παρατηρούνται στο επίπεδο της ανισοτροπίας του κράματος σιδήρου-νικελίου που αποτελεί και τις δύο ζώνες του εσωτερικού πυρήνα. Ήταν δυνατός ο εντοπισμός τους χάρη στην ανάλυση των αλλαγών στην ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων κατά την είσοδο στον μίνι πυρήνα από διαφορετικές γωνίες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, τα κύματα επιβραδύνθηκαν, σε άλλες, αντίθετα, επιταχύνθηκαν.
.
Η μεταλλική μπάλα στο κέντρο της Γης δεν αποτελεί περισσότερο από το ένα τοις εκατό του συνολικού όγκου της, αλλά η ανακάλυψή της είναι εξαιρετικά σημαντική για την κατανόηση της εξελικτικής διαδικασίας του πλανήτη στο σύνολό της.
.
«Ο εσωτερικός πυρήνας είναι σαν μια χρονοκάψουλα», λέει ο επιστήμονας, «Είναι ένα απολιθωμένο αρχείο που ανοίγει την πύλη στο παρελθόν της Γης».
.
Είναι πλέον σαφές ότι σε ένα πρώιμο στάδιο της γεωλογικής ιστορίας έλαβε χώρα κάποιο είδος παγκόσμιου γεγονότος, το οποίο οδήγησε σε μια σημαντική αναδιάταξη της κρυσταλλικής δομής του πυρήνα. Και αυτό, ίσως, έπαιξε σημαντικό ρόλο στην εμφάνιση ενός μαγνητικού πεδίου κοντά στη Γη, χωρίς το οποίο η ανάπτυξη πολύπλοκων μορφών ζωής θα ήταν αδύνατη.
………………………………………………………………………………………………………