Ziemia skrywa dwa tajemnicze "kontynenty" na swoim rdzeniu

Większość tego, co wiemy o wewnętrznej strukturze Ziemi, pochodzi z fal sejsmicznych generowanych przez trzęsienia ziemi, a także sposobu, w jaki ich prędkość różni się w poszczególnych częściach planety, oraz ich występowania z dala od granic płyt tektonicznych. Jednym z wczesnych odkryć było to, że dolny płaszcz nie jest spójny w miejscu, w którym spotyka się z jądrem Ziemi. Te obszary to dwie tajemnicze wypukłości, w których fale sejsmiczne zwalniają - znane jako "Duże prowincje o niskiej prędkości ścinania" (LLSVPs).

Przez dekady niewiele było wiadomo o LLVPs. Znane były natomiast ich lokalizacje i przybliżony rozmiar. Jedna mieści się pod Afryką, Hiszpanią i częścią Oceanu Atlantyckiego, druga zaś - pod Oceanem Spokojnym. W toku dalszych badań naukowcy przyjęli założenie, że tajemnicze prowincje składają się ze względnie gęstej skorupy oceanicznej, która oderwała się od płyty i została wepchnięta przez płaszcz ziemski.

Warstwy te mogą mieć nawet 900 km wysokości, co wraz z pokryciem ponad 1/4 jądra oznacza, że we wnętrzu planety znajdują się struktury, których nie rozumiemy. Badania z tego roku dały nową perspektywę. Wcześniejsze obserwacje zaczęto tłumaczyć dużym rozmiarem ziaren w LLVPs, co oznacza, że są bardzo stare.

Do tej pory sądzono, że tajemnicze wypukłości mają podobny skład i pochodzenie. Według autorów nowego badania afrykańska LLVP jest o wiele starsza i utworzona z lepiej połączonego materiału niż pacyficzna, która zawiera wiele młodej skorupy oceanicznej. Dla geologów i astronomów pojęcia "młody wiek" oznacza jednak coś innego niż dla nas. W tym przypadku chodzi o coś, co utworzyło się w ciągu ostatnich 300 milionów lat.

Afrykańska LLVP wystaje też mocniej ponad powierzchnię jądra, co kompensuje jego niższą gęstość, dlatego odczyty instrumentów są podobne dla obu regionów. Nie możemy pobrać próbek żadnego z LLVPs, dlatego wszystkie wnioski oparte są na modelach sposobu, w jaki konwekcja napędza cyrkulację w płaszczu ziemskim. Badacze uważają, że fakt, iż te tajemnicze struktury znajdują się po dwóch niemal przeciwnych stronach Ziemi, dowodzi, że nie jest to przypadkiem. Zjawisko może być naturalną konsekwencją osiadania grawitacyjnego i sposobem, w jaki działa subdukcja - proces wciągania lub wpychania jednej płyty litosferycznej pod drugą.

Nie wyjaśnia to jednak faktu, że podziemne kontynenty się przemieszczają. Przykładowo afrykańska LLVP przesunęła się na południe w ciągu ostatnich setek milionów lat.

"Jako że symulacje numeryczne nie są dokładne, uruchomiliśmy wiele modeli dla szeregu parametrów. Za każdym razem odkrywaliśmy, że pacyficzna LLVP jest wzbogacona subdukowaną skorupą oceaniczną, co implikuje, że najnowsza historia subdukcji Ziemi spowodowała tę różnicę" - powiedział główny badacz, dr James Panton z Cardiff University.

Zespół uważa, że strefy subdukcji wzdłuż Pierścienia Ognia, który z grubsza pokrywa się z granicami Oceanu Spokojnego, uzupełniają pacyficzny LLVP skorupą oceaniczną, wpychaną pod kontynenty. Płyta afrykańska przemieszcza się o wiele wolniej, dlatego wtłacza mniej skorupy do znajdującej się poniżej LLVP. Wtłoczony materiał miesza się z płaszczem Ziemi podczas długiego opadania, co przynajmniej częściowo tłumaczy jego niższą gęstość.

Wszystko to przeczy wcześniejszej teorii, według której "Duże prowincje o niskiej prędkości ścinania" są efektem kolizji, która uformowała Księżyc.

Mając tylko dwie LLVPs i wiele przeprowadzonych obserwacji, można by się spodziewać, że te różnice zostałyby zauważone wcześniej. Badacze wyjaśniają jednak, że ta niejednorodność prowincji została przysłonięta przez fakt, iż mają one tę samą temperaturę, a to ona jest największym czynnikiem wpływającym na prędkość fal sejsmicznych.

"Fakt, że te dwie LLVPs różnią się składem, ale nie temperaturą, jest kluczem do tej historii i wyjaśnia, dlaczego wydają się być sejsmicznie takie same" - pisze współautorka badania, dr Paula Koelemeijer z Uniwersytetu Oksfordzkiego. "Fascynujące jest też widzieć połączenia między ruchami płyt na powierzchni Ziemi a strukturami położonymi 3000 km pod powierzchnią planety".

Podziemne kontynenty są daleko od nas, ale nie znaczy to, że nie mają na nas wpływu. Te struktury powstrzymują choćby uciekanie ciepła z jądra do płaszcza Ziemi, co przyczynia się do konwekcji w jądrze zewnętrznym, która napędza ziemskie pole magnetyczne, na którym polega wiele urządzeń. Istnieją też przesłanki, że LLVPs mają wpływ na aktywność superwulkanów.

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 88 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!