Uvnitř zemského jádra nalezena záhadná struktura, která má tvar donutu

Asi 2890 kilometrů pod našima nohama se nachází obrovská koule tekutého kovu, jádro naší planety. Vědci používají seismické vlny vznikající při zemětřeseních jako druh ultrazvuku, aby „viděli“ tvar a strukturu jádra.

Pomocí nového způsobu studia těchto vln skupinka vědců učinila překvapivý objev. V okolí rovníku se nachází velká oblast ve tvaru koblihy o tloušťce několika set kilometrů, kde se seismické vlny šíří asi o 2 % pomaleji než ve zbytku jádra. Vědci se domnívají, že tato oblast obsahuje více lehčích prvků, jako je křemík a kyslík, a může hrát klíčovou roli v rozsáhlých proudech tekutého kovu protékajících jádrem, které vytvářejí magnetické pole Země.

„Kodakorelační vlnové pole

Většina studií seismických vln vznikajících při zemětřeseních se zabývá velkými počátečními vlnovými poli, která se šíří kolem světa přibližně hodinu po zemětřesení.

Uvědomili jsme si, že bychom se mohli dozvědět něco nového, kdybychom se podívali na pozdější, slabší část těchto vln, známou jako koda – úsek, který ukončuje hudební skladbu. Konkrétně jsme se podívali na to, jak podobné jsou kody zaznamenané na různých seismických detektorech několik hodin po jejich začátku, uvedl jeden z vědců.

Z matematického hlediska se tato podobnost měří pomocí něčeho, čemu se říká korelace. Těmto podobnostem v pozdních částech zemětřesných vln se říká „kódové korelační vlnové pole“. Při pohledu na koda-korelační vlnové pole se odhalily drobné signály pocházející z více doznívajících vln, které bychom jinak neviděli. Pochopením cest, které tyto dozvukové vlny urazily, a jejich porovnáním se signály v koda-korelačním vlnovém poli se zjistilo, jak dlouho jim trvalo projít planetou.

Poté se porovnali výsledky seismických detektorů blíže k pólům s výsledky z oblasti blíže k rovníku. Celkově lze říci, že vlny detekované blíže k pólům se pohybovaly rychleji než vlny v blízkosti rovníku. Vyzkoušelo se mnoho počítačových modelů a simulací toho, jaké podmínky v jádře mohou vést k těmto výsledkům. Nakonec se zjistilo, že ve vnějším jádru kolem rovníku musí být torus, oblast ve tvaru šišky, kde se vlny šíří pomaleji.

Seismologové tuto oblast dosud nezjistili. Použití kódově-korelačního vlnového pole nám však umožňuje „vidět“ vnější jádro podrobněji a rovnoměrněji. Předchozí studie dospěly k závěru, že se vlny pohybují pomaleji všude kolem „stropu“ vnějšího jádra. V této studii jsme však ukázali, že oblast s nízkou rychlostí se nachází pouze v blízkosti rovníku.

Vnější jádro a geodynamo

Vnější jádro Země má poloměr přibližně 3 480 km, takže je o něco větší než planeta Mars. Skládá se převážně ze železa a niklu, s určitými stopami lehčích prvků, jako je křemík, kyslík, síra, vodík a uhlík. Spodní část vnějšího jádra je teplejší než horní a rozdíl teplot způsobuje, že se tekutý kov pohybuje jako voda v hrnci vařícím na plotně. Tento proces se nazývá tepelná konvekce a domníváme se, že neustálý pohyb by měl znamenat, že veškerý materiál ve vnějším jádře je poměrně dobře promíchaný a rovnoměrný.

Pokud je však všude ve vnějším jádře plno stejného materiálu, měly by se seismické vlny pohybovat všude přibližně stejnou rychlostí. Proč se tedy tyto vlny zpomalují v oblasti ve tvaru koblihy, kterou se podařilo najít? Domníváme se, že v této oblasti musí být vyšší koncentrace lehkých prvků. Ty se mohou uvolňovat z pevného vnitřního jádra Země do vnějšího jádra, kde jejich vztlak vytváří větší konvekci.

Proč se lehčí prvky hromadí více v rovníkové koblihové oblasti? Vědci se domnívají, že to lze vysvětlit, pokud se v této oblasti přenáší více tepla z vnějšího jádra do skalnatého pláště nad ním. Ve vnějším jádru probíhá také další proces planetárního rozsahu. Rotace Země a malé pevné vnitřní jádro způsobují, že se kapalina vnějšího jádra organizuje do dlouhých vertikálních vírů, které se pohybují ve směru sever-jih, jako obří vodní chrliče.

Turbulentní pohyb tekutého kovu v těchto vírech vytváří „geodynamo“, které je zodpovědné za vytváření a udržování magnetického pole Země. Toto magnetické pole chrání planetu před škodlivým slunečním větrem a zářením, což umožňuje život na povrchu. Podrobnější pohled na složení vnějšího jádra, včetně nově objeveného „donutu“ lehčích prvků, nám pomůže lépe pochopit magnetické pole Země. Zejména to, jak pole mění svou intenzitu a směr v čase, má zásadní význam pro život na Zemi a potenciální obyvatelnost planet a exoplanet.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: scienceblog.com, in.mashable.com