Gigantyczna "dziura grawitacyjna" w Oceanie Indyjskim. Co ją spowodowało?

Kształt Ziemi od zawsze budził ciekawość. Z płaskiej Ziemi przeszliśmy do kuli i nieco jej spłaszczonej wersji, czyli elipsoidy obrotowej. Ale i ona nie do końca pokazuje rzeczywisty kształt planety, w związku z czym wykorzystując nowoczesną technologię, a w tym przypadku satelitę GOCE, nakreślono kształt zwany geoidą.

W wyniku ruchu obrotowego Ziemia jest nieco spłaszczona. Bieguny są bliżej środka planety, a równik bardziej wybrzuszony, ale w zależności od masy Ziemi, tj. płaszcza i jądra, zmienia się siła grawitacji. W związku z tym, że ciężko zbadać jej środek, bada się ją z zewnątrz różnymi metodami, m.in. przy użyciu satelitów.

Satelita GOCE mierzy Ziemię od 2009 roku, latając na niskiej orbicie, na wysokości 270 kilometrów. Mierzy on potencjał grawitacyjny Ziemi. Zmiana potencjału grawitacyjnego informuje nas o tym, czy idziemy "pod górkę", czy "z górki". Jeśli potencjał się nie zmienia, jest stały, to znaczy, że poruszamy się w poziomie. A siła grawitacji jest do poziomu prostopadła, jak informują dydaktycy fizyki z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu.

― GOCE badał, w którym kierunku działa siła grawitacji (nie zawsze do geometrycznego środka Ziemi!) i ustalał kształt geoidy jako prostopadły do tej siły. Innymi słowy - kształt Ziemi to powierzchnia stałego potencjału (grawitacyjnego + odśrodkowego). Pierwsze przybliżenie kształtu ziemi to elipsoida. GOCE pokazał, z dokładnością do pojedynczych centymetrów, że geoida leży poniżej elipsoidy w rejonie Oceanu Indyjskiego (i Himalajów!). Himalaje (i dno Oceanu Indyjskiego) składają się lekkich skał wapiennych. Natomiast w rejonie Islandii i Indonezji geoida się wybrzusza: ze środka Ziemi wypływają tam ciężkie bazalty ― tłumaczą fizycy na stronie dydaktyka.fizyka.umk.pl

To zagłębienie w rejonie Oceanu Indyjskiego od dawna intrygowało naukowców. Głęboko pod Oceanem Indyjskim to przyciąganie słabnie do skrajnie niskiego poziomu, co określa się mianem ogromnej "dziury grawitacyjnej" o wielkości około trzech milionów kilometrów kwadratowych. To jedna z największych anomalii grawitacyjnych na Ziemi. Dotychczas nie było wiadomo, co ją spowodowało. Rozwiązania zagadki podjęło się dwóch naukowców z Indyjskiego Instytutu Naukowego.

― Wszystkie te [wcześniejsze] badania dotyczyły dzisiejszej anomalii i nie dotyczyły tego, w jaki sposób powstał ten geoidowy dół - wyjaśniają geologowie Debanjan Pal i Attreyee Ghosh w opublikowanym artykule. Uważają oni, że odpowiedzi należy szukać ponad 1000 kilometrów pod skorupą ziemską. Tam, gdzie 30 milionów lat temu zniknęła płyta oceaniczna, będąca ówczesnym dnem oceanu.

Ale by to zrozumieć, warto cofnąć się jeszcze bardziej. 140 milionów lat temu od superkontynentu o nazwie Gondwana, który znajdował się na półkuli południowej, zaczął odrywać się fragment lądu. To była Indyjska płyta tektoniczna (aby uprościć nieco terminologię, dalej będę określał ją po prostu jako Indie). Zaczęła przemieszczać się na północ. Tektonika Ziemi działa z grubsza tak, że jeżeli w jednym miejscu powstaje morze lub ocean, to w innym miejscu musi zanikać. A zanika poprzez chowanie się jednej płyty tektonicznej pod drugą. 

Kiedy Indie zaczęły wędrować na północ, dno morskie starożytnego oceanu zwanego Morzem Tetydy zmniejszało swoją powierzchnię, a brzegi jego dna zatapiały się w płaszczu ziemskim. Za Indiami otworzył się nowy akwen, zwany Oceanem Indyjskim. Zatapiane fragmenty skał utworzyły później pióropusze magmy obserwowane głęboko pod Afryką. Natomiast pod anomalią znalazły się roztopione skały o mniejszej gęstości. To właśnie one mają według naukowców odpowiadać za nietypowe zjawisko. Być może niedługo pojawią się kolejne badania, które potwierdzą te doniesienia lub zaproponują inne wyjaśnienie.

Źródło: Debanjan Pal, Attreyee Ghosh, 2023, How the Indian Ocean Geoid Low Was Formed, Geophysical Research Letters, vol. 50, Iss. 9, https://doi.org/10.1029/2022GL102694