CP v2

Tag: Žemės branduolys

  • Mokslininkai įtaria: giliai po Žeme gali slypėti milžiniškos vandens atsargos – net 2 900 km

    Mokslininkai įtaria: giliai po Žeme gali slypėti milžiniškos vandens atsargos – net 2 900 km

    Vanduo gali būti paslėptas mineraluose

    Mokslininkai vis rimčiau svarsto, kad Žemės gelmėse gali būti sukaupta didžiulė vandens „atsarga“ – ne kaip skystas vanduo, o kaip vandenilis ir hidroksilo grupės, įstrigusios mineralų struktūroje. Naujausi eksperimentai rodo, kad toks vanduo galėtų slypėti net prie mantijos ir išorinio branduolio ribos.

    Tai reikštų, kad Žemės vandens apytaka gali būti gerokai gilesnė, nei ilgą laiką manyta. Tokios įžvalgos svarbios aiškinantis ne tik planetos istoriją, bet ir procesus, kurie lemia plokščių tektoniką bei ilgalaikį klimato stabilumą.

    Kur ieškoma šių atsargų?

    Apatinė mantija driekiasi maždaug nuo 660 iki 2 900 kilometrų gylio, ir tradiciškai laikyta gana „sausa“, nes joje vyrauja mineralai, kurie neva sunkiai kaupia vandenį. Tačiau geofizikiniai matavimai prie mantijos ir branduolio ribos fiksuoja vadinamąsias itin mažo greičio zonas, kurios iki šiol kelia daug klausimų.

    Nauji tyrimai siūlo hipotezę, kad dalis šių keistų struktūrų gali būti susijusios su vandeningais, itin tankiais junginiais. Jei taip, vanduo gelmėse būtų „užrakintas“ ne ertmėse, o kristalinėje medžiagų sandaroje.

    Kokius junginius pavyko sukurti laboratorijoje?

    Tyrėjai, naudodami lazeriu kaitinamas deimantines spaustuves, atkūrė milžinišką slėgį ir temperatūrą, būdingus giliausiai mantijai. Tokiuose bandymuose identifikuotos dvi anksčiau neaprašytos geležies okshidroksidų fazės, galinčios „surišti“ vandenį net ekstremaliomis sąlygomis.

    Ypač reikšminga tai, kad šie junginiai susiformavo net tada, kai pradinių medžiagų vandens kiekis buvo menkas, mažesnis nei 0,1 proc. Tai sustiprina idėją, kad net labai mažos vandenilio priemaišos gali stabilizuoti vandeningus junginius giliai Žemėje.

    „Skystas vanduo yra esminė Žemės tinkamumo gyvybei sąlyga“, – komentare apie tyrimą teigė geomokslininkas Alfredas Wilsonas.

    Ką tai keistų mūsų supratime?

    Jei tokie mineralai iš tiesų egzistuoja Žemės viduje, jie galėjo susiformuoti ankstyvojoje planetos istorijoje, kai vėso ir kristalizavosi vadinamasis bazinis magmos vandenynas. Kadangi šios fazės yra tankesnės už aplinkines uolienas, jos galėjo grimzti žemyn ir kauptis ties mantijos ir branduolio riba.

    Vanduo šiuose junginiuose nebūtinai liktų amžinai „paslėptas“. Mantijos cirkuliacijai keliant medžiagą aukštyn, slėgis mažėtų, mineralai galėtų destabilizuotis, o vanduo persiskirstytų į kitas mantijos fazes ir dalimi atvejų grįžtų į paviršių per mantijos pliumus bei vulkanizmą.

    „Akivaizdu, kad net labai maži vandenilio kiekiai pakankami stabilizuoti šiuos stipriai hidratuotus geležies junginius“, – sakė mineralų fizikas ir kristalografas Leonidas Dubrovinsky.

    Vis dėlto patys autoriai pabrėžia, kad laboratoriniai rezultatai dar nėra tiesioginis įrodymas, jog šios fazės tikrai paplitusios Žemės gelmėse. Kitas žingsnis būtų tiksliau įvertinti, kiek vandens jos gali sukaupti, kaip elgiasi branduolio ir mantijos sandūroje ir per kiek laiko toks vanduo realiai gali sugrįžti į viršutinius sluoksnius.

    Tyrimas publikuotas žurnale „Nature Geoscience“, o jo išvados papildo vis gausėjantį darbų lauką, siekiantį paaiškinti, kaip Žemė gavo vandenį ir kodėl jį išlaikė milijardus metų.

  • Mokslininkai aptiko 6 paslaptingas struktūras beveik 2 900 km gylyje: ką tai keičia?

    Mokslininkai aptiko 6 paslaptingas struktūras beveik 2 900 km gylyje: ką tai keičia?

    Žemės gelmės vis dar slepia daug paslapčių, tačiau naujas tyrimas rodo, kad ties mantijos ir branduolio riba gali būti gerokai daugiau smulkių, iki šiol nepastebėtų darinių. Mokslininkai, pasitelkę DI, išskyrė signalus, leidžiančius sudaryti detalesnį šios zonos žemėlapį.

    Tyrimas publikuotas mokslo žurnale Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Jį atlikusi Kinijos mokslų akademijos komanda išanalizavo daugiau kaip 2 000 000 žemės drebėjimų įrašų, sukauptų per maždaug tris su puse dešimtmečio.

    Kas rasta Žemės gelmėse

    Analizėje identifikuota 174 929 silpni, vadinamieji PKP pirmtakų signalai, kurie iki pagrindinės bangos pasiekia jutiklius kiek anksčiau. Tokie signalai atsiranda, kai seisminės bangos išsisklaido susidūrusios su medžiagos netolygumais ties maždaug 2 900 kilometrų gyliu.

    Šie duomenys leido aptikti ir šešias sritis, kuriose, tyrėjų teigimu, yra reikšmingų heterogeniškumų, anksčiau neaprašytų kituose darbuose. Kitaip tariant, tai zonos, kuriose medžiaga ar jos struktūra skiriasi nuo aplinkos ir pastebimai keičia bangų sklidimą.

    Kodėl prireikė DI

    PKP pirmtakų bangos yra labai silpnos, todėl jų paieška tarp milijonų įrašų tradiciškai reikalauja ilgo rankinio darbo ir palieka daug vietos interpretacijoms. Šį kartą DI buvo naudojamas pirminiam atrankos etapui, kad būtų galima greitai atsijoti kokybiškiausius įrašus ir atpažinti tikėtinus pirmtakus.

    Svarbi detalė ta, kad autoriai tikrino ir taisė modelio klaidas rankiniu būdu, o patikslintus pavyzdžius grąžino į mokymo procesą. Tai leido sumažinti riziką, kad algoritmas supainios triukšmą su tikru geofizikiniu signalu.

    Ką tai gali reikšti plokščių tektonikai ir ugnikalniams

    Platesnis aptiktų struktūrų „tinklas“ keičia ankstesnį vaizdą, kuriame anomalijos dažnai atrodė kaip izoliuotos dėmės. Didesnė stebėjimų apimtis rodo, kad dalis jų gali jungtis į didesnius, tęstinius darinių „diržus“, o tai svarbu aiškinant mantijos tekėjimą ir šilumos pernašą.

    Tyrėjai atsargiai svarsto, kad dalis šių netolygumų gali būti susiję su giliai į mantiją nugrimzdusia medžiaga subdukcijos zonose. Esant milžiniškam slėgiui ir temperatūrai, tokia medžiaga gali patirti mineralines transformacijas, cheminį persiskirstymą ar dalinį lydimąsi, suformuodama kišenes, kurių fizinės savybės skiriasi nuo aplinkinių uolienų.

    Tokie skirtumai gali turėti įtakos tam, kaip kyla karšti mantijos srautai, kur formuojasi magmos telkiniai ir kaip pasiskirsto šiluma po ugnikalninėmis sritimis ar vidurio vandenynų kalnagūbriais. Nors tai nėra tiesioginis prognozavimo įrankis, geresnis Žemės gelmių supratimas ilgainiui padeda tikslinti geodinaminius modelius ir seisminės rizikos vertinimus.

    Taip pat pabrėžiama, kad naujai išryškintos zonos, įskaitant menkiau tirtas sritis po Eurazijos aukštomis platumomis, Centrine Azija ir Pietų Atlantu, turėtų tapti prioritetiniais taikiniais aukštesnės raiškos tyrimams. Ateityje, plečiantis signalų katalogui ir taikant kelis skirtingus bangų tipus, tikimasi dar labiau patikslinti apatinės mantijos smulkios struktūros modelius.

    „Aptiktos šešios zonos, kuriose tikėtini reikšmingi, anksčiau neužfiksuoti netolygumai, turėtų tapti prioritetais tolesnei Žemės gelmių analizėms“, – teigiama tyrime.

  • Branduoliniai bandymai atskleidė netikėtą faktą: Žemės branduolys gali būti visai kitoks

    Branduoliniai bandymai atskleidė netikėtą faktą: Žemės branduolys gali būti visai kitoks

    Dešimtmečius manyta, kad Žemės sandara gana aiški: pluta, mantija, skystas išorinis branduolys ir kietas vidinis branduolys. Tačiau nauja analizė rodo, kad išorinis branduolys gali būti sudėtingesnis, nei iki šiol įsivaizduota, o jo viduje vyksta dinamiški pokyčiai.

    Naujausią įžvalgą mokslininkams suteikė netikėtas duomenų šaltinis – požeminiai branduoliniai bandymai, vykdyti XX amžiaus pabaigoje. Tokie sprogimai sukuria galingas seismines bangas, kurios, keliaudamos per Žemės gelmes, leidžia itin tiksliai matuoti, kaip skirtingos medžiagos jas praleidžia ar atspindi.

    Kas pasikeitė per kelis metus

    Geofizikė Ying Zhou iš Virginia Tech išnagrinėjo seisminių bangų įrašus, susijusius su požeminiais bandymais Mururoa atole Prancūzijos Polinezijoje, vykusiais 1977–1995 metais. Bangas fiksavo seisminė stotis Kazachstane, todėl buvo galima palyginti pakartotinius, panašaus maršruto signalus.

    Rezultatai parodė, kad bangų kelionės laikas per išorinį branduolį skirtingais metais kito: kai kuriais laikotarpiais jos atkeliaudavo maždaug 0,1 sekundės greičiau, vėliau – iki 0,2 sekundės lėčiau. Nors pokytis atrodo menkas, bangoms, įveikiančioms tūkstančius kilometrų, tokie skirtumai laikomi reikšmingais ir rodo kintančias sąlygas skystame metalo sluoksnyje.

    Naujas signalas ir užuomina apie „gumulus“

    Tyrime taip pat aprašytas anksčiau aiškiai neišskirtas seisminių bangų tipas, pavadintas PKrKP. Skirtingai nei geriau žinomi signalai, atspindintys nuo vidinio branduolio ribos, šis signalas, pagal interpretaciją, atspindi išorinio branduolio viduje, todėl padeda tiksliau „atskirti“ pokyčius būtent šiame sluoksnyje.

    Pagal skaičiavimus, stebimus kelionės laiko nukrypimus galėtų paaiškinti didelio masto anomalija, kurios plotis viršytų 700 kilometrų, o storis siektų apie 100 kilometrų. Tyrėja kelia hipotezę, kad tai gali būti skystame išoriniame branduolyje pakibusi kietesnė medžiaga, kuri juda ir keičia bangų sklidimo sąlygas.

    Kodėl tai svarbu magnetiniam laukui

    Išorinis branduolys laikomas pagrindiniu Žemės magnetinio lauko „varikliu“: geležies ir nikelio turtingo skysčio judėjimas generuoja vadinamąjį geodinamo efektą. Jei išoriniame branduolyje iš tiesų yra didelių, laike kintančių nevienalytiškumo zonų, tai gali turėti įtakos, kaip formuojasi ir kinta magnetinis laukas.

    Mokslininkai pabrėžia, kad ankstesniuose bandymuose aptikti trumpesnio laikotarpio pokyčius dažnai trukdė neapibrėžtumas dėl žemės drebėjimų kilmės vietos ir skirtingų jų „trajektorijų“ per planetą. Šiuo atveju pakartotiniai bandymai panašioje vietoje suteikė gerokai labiau kontroliuojamą signalų rinkinį, leidžiantį tiksliau ieškoti pokyčių per palyginti trumpą laiką.

    Nors branduoliniai bandymai paliko sunkų ekologinį ir socialinį pėdsaką, jų sukurti seisminiai įrašai šiandien tapo reta galimybe mokslininkams „pasiklausyti“ giliausių Žemės procesų. Tyrimo išvados dar bus tikrinamos ir lyginamos su kitais seisminių stebėjimų duomenimis, tačiau jos stiprina nuomonę, kad išorinis branduolys nėra vienalytis skysto metalo sluoksnis.

  • Mokslininkus pribloškė 2010 metų lūžis: po Ramiojo vandenyno Žemės branduolys pakeitė kryptį

    Mokslininkus pribloškė 2010 metų lūžis: po Ramiojo vandenyno Žemės branduolys pakeitė kryptį

    Žemės gelmėse, maždaug 3 000 kilometrų gylyje, skystame išoriniame branduolyje nuolat verda lydytos geležies ir nikelio srautai. Būtent ši laidžių metalų „jūra“ sukuria Žemės magnetinį lauką, kuris padeda išlaikyti atmosferą ir slopina kenksmingos kosminės spinduliuotės poveikį.

    Tačiau palydoviniai matavimai parodė netikėtą lūžį: apie 2010 metus dalis srauto po Ramiojo vandenyno regionu staiga apsivertė ir ėmė tekėti priešinga kryptimi. Mokslininkai šį reiškinį vadina didelio masto srauto reversu, o jo priežastys iki šiol nėra aiškios.

    Kas pasikeitė Žemės gelmėse?

    Analizuodami 1997–2025 metų magnetinio lauko duomenis, tyrėjai atstatė išorinio branduolio judėjimo vaizdą ir pastebėjo ryškų poslinkį. Iki 2010 metų po Ramiojo vandenyno srautas buvo silpnas ir daugiausia judėjo įprasta kryptimi, o po 2012 metų sustiprėjo ir ėmė ryškiai tekėti priešinga.

    Šis pokytis neatrodė kaip smulkus vietinis sūkurys: signalas apėmė apie 5 proc. išorinio branduolio paviršinio srauto. Tyrėjų vertinimu, banga primenantis struktūrinis persitvarkymas rodytų, kad Žemės gelmės gali būti gerokai dinamiškesnės, nei ilgą laiką manyta.

    Kodėl tai svarbu magnetiniam laukui?

    Išorinis branduolys veikia kaip geodinama: judantis laidus metalas generuoja magnetinį lauką, o jo svyravimai matomi kaip magnetinio lauko pokyčiai Žemės paviršiuje ir orbitoje. Dėl to palydovai tampa vienu svarbiausių įrankių netiesiogiai „matyti“ procesus gelmėse.

    Magnetinis laukas svarbus ir praktiniu požiūriu, nes jis susijęs su kosminiais orais, galinčiais trikdyti palydovų ryšį, navigaciją ir elektros tinklų stabilumą. Nors pats srauto krypties pasikeitimas tiesioginės grėsmės žmonėms nekelia, jis gali padėti geriau suprasti, kaip ateityje kinta apsauginis planetos „skydas“.

    Ką dar rodė 2010 metų laikotarpis?

    Mokslininkai atkreipia dėmesį, kad panašiu metu fiksuota ir daugiau neįprastų signalų. Vienas jų siejamas su nedideliais paros trukmės svyravimais, kurių cikliškumas dažnai aptariamas kaip galimai susijęs su branduolio ir mantijos sąveika.

    Be to, vėlesniais metais registruoti vadinamieji geomagnetiniai trūkčiojimai, kai magnetinis laukas per trumpą laiką staigiau pakinta. Tokie epizodai siejami su turbulencija giliai branduolyje, o tyrėjai neatmeta, kad tai gali būti to paties ilgesnio persitvarkymo grandinė.

    „Didelio masto srauto apsivertimas po Ramiojo vandenyno kelia naujų klausimų apie Žemės gelmių elgseną“, – sakė Edinburgo universiteto geofizikas Frederikas Dahlas Madsenas.

    „Norime suprasti, ar tai buvo trumpalaikis svyravimas, pasikartojančios oscilacijos dalis, ar nauja stabilesnė pusiausvyra branduolio cirkuliacijoje“, – pridūrė jis.

    Naujausi vertinimai rodo, kad srautas stiprėjo iki maždaug 2020 metų, o pastaraisiais matavimais jis vėl tarsi silpnėja. Tolimesni palydoviniai stebėjimai bus esminiai siekiant patikrinti, ar tai laikinas epizodas, ar ilgalaikės Žemės vidaus kaitos ženklas.