Iako ljudska noga nikada nije kročila središtem Zemlje, znamo što se nalazi u njezinoj utrobi. Ljudi su koračali diljem planeta. Osvajali zemlju, letjeli nebom i zaronili u najdublje dijelove oceana. Svoje smo predstavnike poslali i na Mjesec, no u Zemljinoj unutrašnjosti nikada nismo bili, piše BBC.
Nismo se ni približili dovoljno da bismo uvidjeli kakve tajne skriva srce našeg planeta čije se središte nalazi na dubini od oko 6.000 kilometara. Najdulje što smo ikada došli je 12.262 metra u dubinu, koliko iznosi Kolska superduboka bušotina koja se nalazi usred puste tundre poluotoka Kola na samom sjeveru Europe, a koju su iskopali sovjetski znanstvenici u razdoblju od 1970. do 1989. godine.
Odgovor na pitanje koje zanima mnoge: Što bi se dogodilo u trenutku gašenja Sunca?
Svi događaji koje pripisujemo Zemljinoj unutrašnjosti zbili su se pri samoj površini. Lava koja izlazi iz vulkana otapa se samo nekoliko kilometara u dubini. Čak i dijamanti za čije je oblikovanje potreban izuzetno visok tlak, nalaze se na dubini od otprilike 500 kilometara.
Ono što se nalazi ispod toga potupna je misterija. Tajna za koju će biti potrebno još puno vremena da je čovjek spozna iz prve ruke. No i bez da samo zašli u dubine ovog nevjerojatnog carstva, o Zemljinoj unutrašnjosti znamo poprilično mnogo. Znamo i kako je naš planet nastao prije više milijardi godina. Znamo gotovo sve bez i jednog fizičkog dokaza.
Kako smo otkrili najveći misterij planeta kojeg tisućama godina nazivamo domom odnosno njezinu unutrašnjost potrebno je promotriti njezinu masu, napominje stručnjak sa Sveučilišta u Cambridgeu u Velikoj Britaniji, prof. Simon Redfern.
Masu Zemlje možemo izračunati promatrajući njezinu gravitacijsku silu i objekte koji se nalaze na njezinoj površini. Prema tim izračunima masa zemlje iznosi 6 x 10 na 24-tu kilograma, točnije 59 i još 20 nula.
'Gustoća materijala na površini Zemlje je mnogo niža od prosječne gustoće cijele Zemlje, stoga možemo zaključiti da u njezinoj unutrašnjosti postoji nešto mnogo gušće', rekao je Redfern.
Sljedeće pitanje je od kojih teških metala je Zemlja napravljena. Poznato je kako više od 80% Zemljine središnjice tvori željezo. Glavni dokaz tome su velike količine željeza koje se nalaze u svemiru koji okružuje Zemlju. Željezo je jedan od deset najčešćih elemenata koje pronalazimo u našoj galaksiji, a pronađeno je i u meteorima. A s obzirom na količinu u kojoj ga pronalazimo, željeza ima i na površini Zemlje i to u poprilično velikim količinama. Stoga teorija koja objašnjava nastanak Zemlje navodi i kako je prije 4.5 milijardi godina velika količina željeza nekako pronašla svoj put u središte Zemlje.
Upravo je središte Zemlje, barem se tako pretpostavlja, najteži i najmasivniji dio našeg planeta. Mjesto na kojem takve velike količine željeza i moraju biti. Poznato je da je željezo relativno gusti element u normalnim uvjetima, no pod ekstremnim tlakom kojim je podvrgnuto u Zemljinoj unutražnjosti, željezo se slama te postaje još gušće. Upravo to objašnjava Zemljinu masu, te dokazuje da se u unutrašnjosti zemlje nalazi puno ovog metala.
Kako je željezo dospjelo u unutrašnjost Zemlje?
Željezo je doslovno gravitiralo u Zemljinu unutrašnjost, no način na koji je to tamo dospjelo godinama je intrigirao znanstvenike, a onda je stigao odgovor.
Ostatak Zemljine unutrašnjosti čine stijene sačinjene od silikata kroz koje rastaljeno željezo pronalazi put prema utrobi. Slično se događa i sa vodom kada protječe kroz masnu površinu te stežući se u kapljice putuje kroz zemlju. Željezo putuje u malenim, nazovimo ih rezervarima, izbjegavajući razlijevanje u velike i raširene potoke.
Rješenje protoka željeza 2013. ponudila je Wendy Mao sa Sveučilišta Stanford u Californiji. U svojem je radu postavila pitanje što se događa sa željezom prilikom susreta s silikatima te što se događa kada oboje dođu u susret sa ekstremnim tlakom kojem budu izloženi duboko ispod Zemljine površine.
'Tlak zapravo mjenja strukturu i svojstva željeza koje se potom u dodiru sa silikatima drugačije ponaša. U uvjetima koji se nalaze u Zemljinoj dubini, pri visokom tlaku, topi se struktura željeza', objasnila je Mao.
U svojem radu predlaže rješenje prema kojem se željezo postupno provlači kroz stijene Zemlje, a proces putzovanja do središta traje milijunima godina.
Kako znamo veličinu jezgre?
Nakon što smo saznali sastav Zemljine jezgre, pitanje koje se nameće sljedeće je kako znamo njezinu veličinu? Kako znamo da zamljina jezgra počinje na 300 kiloetara dubine? Odgovor nam je dala seizmografija. Potresi mogu biti destruknivni, no iz njih možemo puno naučiti.
U trenutku potresa, naprave koje je izradio čovjek primaju signale u obliku radio-valova koji se šire planetom. Seizmolozi mjereći vibracija i podrhtavanja tla dolaze do raznih spoznaja. Kao da na jednoj strani Zemlje udarimo velikim čekićem, a potom na drugom kraju osluškujemo proizvedeni zvuk.
'Potres u Čileu iz 1960. bio je od velike pomoći pri prikupljanju podataka o unutrašnjosti Zemlje', objašnjava Redfern te dodaje kako s obzirom na rutu kojom se te vibracije šire, prolaze kroz različite dijelove Zemlje što utječe na zvuk kojeg na koncu možemo čuti.
U ranijoj seizmološkoj povijesti zabilježen je nestanak nekih vibracija, takozvani 'S-valovi' koje se očekivalo da će se pojaviti na drugoj strani Zemlje, no nestali su bez traga. Razlog tome je jednostavan. 'S-valovi' mogu odjeknuti kroz čvrsti, kruti materijal, no ne i kroz tekućine. Stoga su 'S-valovi' na sojem putu širenja kroz Zemljinu unutrašnjost morali naići na nešto tekuće. Seizmolozi su vješto bilježili svaki takav nestali val te na poslijetku izračunali da se na oko 300 kilometara dubine stijene i kamenje tope i pretvaraju iz krutog u tekuće agregatno stanje. Upravo to sugerira da centar Zemlje čini gusta ali tekuća materija. No postoji još nešto.
1930-ih godina danska seizmografkinja Inge Lehmann otkrio je postojanje još jedne vrsta valova - 'P-valovi'. Valovi koje neočekivano putuju kroz Zemljino središte, njezinu jezgru, a njihov je utjecaj vidljiv, odnosno on se osjeća na drugom kraju planete.
Lehmann je dala rješenje za takvo širenje valova. 'Zemljina je jezgra podjeljena u dva sloja', rekla je Lehmann. Prema njezinom otkriću, unutrašnji sloj Zemljine jezgre počinje na oko 5.000 kilometara dubine i zapravo je u krutom stanju, dok gornji sloj jezgre tvore metali i stijene pretvoreni u tekućine.
1970. njezin je prijedlog odgovora na ovo pitanje potvrđen. Seizmografi su detaljnim analizama i naprednijom tehnologijomotkrili da 'P-zrake' zapravo putuju preko središta Zemljine jezgre, a u nekim slučajevima bivaju smanjeni, okrznuti, reducirani zbog nasrtaja na tekućinu od koje je sastavljen gornji dio jezgre. Dokazano je da na koncu ipak završavaju na drugom dijelu planeta.
Nuklearno oružje kao alat za učenje
Nisu samo potresi ti koji nas mnogučemu uče. Seizmolozima je u mnogim otkrićima pomogao razvoj nuklearnog oružja. Detonacije koje proizvede nuklearna eksplozija izaziva valove pri tlu, zbog toga mnoge nacije koriste usluge seizmologa kako bi otkrili vojne aktivnosti na drugom kraju svijeta.
Tijekom Hladnog rata takva je praksa bila iznimno važna. Zahvaljujući zemljama koje se međusobno natječu oko nuklearnog naoružanja, otkriveni su dodatni detalji i spoznaje o unutrašnjosti našeg planeta. Zbog njihovih izračuna danas možemo nacrtati i objaviti Zemljinu strukturu bez straha od pogreške.
Postoji rastaljeni vanjski sloj jezgre koji započinje otprilike na pola puta od Zemljina centra, unutar kojeg se nalazi kruta jezgra promjera oko 1.220 kilometara. No ni to nije sve.
Kolika je temperatura jezgre?
Pitanje temperature jezgre jedno je od najtežih. Sve do nedavno, odgovor nije postojao, no taj je problem riješio znanstvenica Lidunka Vočadlo sa Sveučilišta u Londonu. Termometar ne možemo staviti u toliku dubinu, no u laboratoriju možemo izazvati i stvoriti uvjete koji su na snazi u unutrašnjosti Zemlje.
Istraživanja u laboratoriju
2013. su godine francuski istraživači u laboratoriju su izazvali uvjete iz unutrašnjosti Zemlje i dali najbolja predviđanja do sad. Testirajući čisto željezo kojeg su podvrgnuli visokom tlaku nešto višem od polovice pretpostavljene temperature koja grije unutrašnjost Zemlje došli su do zanimljivih rezultata.
Zaključili su da je točka taljenja željeza u unutrašnjosti Zemlje oko 6.230 stupnjeva Celzijevih, no zbog prisutnosti drugih metala, točka taljenja je ipak nešto niža i to oko 6.000 stupnjeva Celzijevih što odgovara temperaturi na površini Sunca.
Zemlja je uspjela zadržati svoju temperaturu od početka nastanka,a toplinu dobiva zahvaljujući trenju gustih materijala od kojih je sačinjena te od raspadanja radioaktivnih elemenata. No svakih milijardu godina, Zemljina se jezgra ohladi za oko 100 stupnjeva Celzijevih.
Pojava 'P-zraka'
Zemljina temperatura utječe i na brzinu kojom putuju vibracije koje izazivaju potresi. 'P-zrake' putuju neočekivano sporo prelazeći unutrašnjost Zemlje, sporije nego da je Zemljina jezgra sačinjena od isključivo željeza. To sugerira na postojanje dodatnih metala u zemljinoj jezgri.
Mogao bi to biti nikal, no znanstvenici napominju da valovi kroz kombinaciju željeza i nikala ne bi putovali brzinom kojoj putuju sada. Vočadlo i kolege sada razmatraju mogućnosti postojanja drugih elemenata poput sumpora i silicija. Do sada nitko nije došao do odgovarajućeg odgovora na pitanje sastava unutarnjeg dijela Zemljine jezgre koji bi zadovoljio.
Vočadlo pokušava preko kompjuterske simulacije materijala unutarnjeg dijela jezgre odgonetnuti što se zapravo nalazi tamo duboko dolje. Kaže kako tajna leži u činjenici da unutarnji dio jezgre odgovara temperaturi taljenja. Kao rezultat, točna svojstva materijala mogla bi biti ponešto drugačija od onoga kakva bi bila da su krutog stanja. To bi objasnilo pojavu sporijeg prolaska valova kroz Zemljinu unutrašnjost.
Iako znamo mnogo o utrobi našeg planeta, postoji niz zagonetki koje tek čekaju da budu riješene. No i bez kopanja dubokih rupa, znanstvenici su uspješno otkrili što se nalazi tisućama kilometara ispod naših nogu.
Iako ne razmišljamo o njima, događaji koji se odvijaju u središnjici Zemlje od velike su važnosti za naš planet. Zemlja ima moćno magnetsko polje upravo zahvaljujući svojoj jezgri. Neprestano kretanje otopljenog željeza stvara električni naboj koji služi kao vrsta generatora za stvaranje magnetskog polja koje seže duboko u svemir.
Magnetsko polje kojeg Zemljina jezgra stvara štiti nas od štetne solarne radijacije. Da Zemljina jezgra nije onakva kakva je sada, magnetskog polja ne bi bilo, a tek onda bismo upali u prave probleme. Probleme mnogo veće od ne znanja sastava Zemljine jezgre.
Nitko od nas nikada neće vidjeti Zemljino srce, no dobro je znati da je ono tamo i da nas čuva.
DNEVNIK.hr pratite putem iPhone/iPad | Android | Twitter | Facebook