Зашто боље познајемо пространства удаљених тела Сунчевог система, него унутрашњост планете коју настањујемо?
Текст: Ивана Хорват
Ако размислимо о грађи наше планете, јавља нам се магловита представа о томе да се Земља састоји од коре, плашта и језгра – податак који смо научили на часовима географије у школи. Знамо и да је кора танки слој на површини – попут коре јабуке – чије наборе називамо планинама. Свакодневно смо сведоци незгодне нарави овог слоја Земље, који често уме непријатно да нас изненади: снажним потресима или апокалиптичним избацивањима лаве из дубљих слојева планете.
Међутим, још нејаснију слику имамо о томе одакле нам информације о дубљим слојевима небеског тела великог као планета? На који начин геолози и геофизичари долазе до податка да је центар наше планете сачињен, на пример, од гвожђа? У први мах, логика нам сугерише да није могуће ископати толико дубоку рупу и узорковати материјал са дубине од неколико хиљада километара.
Недавно је објављена вест о открићу нових карактеристика Земљиног језгра, које је изазвало велико интересовање научне, али и шире заједнице. Научницима је одраније било познато да њега чине два слоја – спољашњи, течни омотач и унутрашњи, чврсто језгро, који у саставу углавном имају гвожђе, никл и неке друге елементе у мањим концентрацијама. Новина је да су истраживачи открили још један подсистем и то унутрашњег дела језгра, чије су карактеристике битно другачије од карактеристика околине.
Шта се крије у језгру?
Одговор на ово питање није једноставан. Понекад се чини да је теже заронити у дубине Земље, него послати летелицу на другу планету или чак на месец друге планете, попут слања сонде Хајгенс – мале роботизоване лабораторије – на Сатурнов месец Титан. Овај природни сателит налази се на око 1,5 милијарди километара од Земље, док најдубља рупа коју је човек ископао има „тричавих“ 12 километара.
Иако је ово представљало озбиљан подухват за све ангажоване инжењере, научнике и техничаре, са становишта геологије то је мала огреботина на површини Земље. Даље од овога није било могуће ићи, јер температуре на тим дубинана постају неподношљиве чак и за материјале од којих су бушилице направљене. Из овог разлога, с већом сигурношћу можемо да наведемо хемијски састав површине Титана, него дубљих слојева Земље.
Сеизмичке таласе углавном повезујемо са разорним дешавањима, међутим, они имају своју корисну страну. Како би доскочили проблему решавања мистерије централних делова Земље, научници у помоћ позивају управо ове таласе, који се простиру кроз Земљу, као последица земљотреса, снажних експлозија или неких других удара. Сеизмички таласи су заправо елегантније решење од мукотрпног бушења рупа, којим се геолози служе.
Брзина простирања сеизмичких таласа зависи од карактеристика средине кроз коју пролазе и крећу се у распону од три до чак 13 или 15 километара на час у дубљим слојевима. На свом путу ка средишту Земље, ови таласи пролазе кроз слојеве чије карактеристике, попут густине, састава материјала и температуре, изузетно варирају.
Како научници гледају унутра?
Уз помоћ мерних инструмената које називамо сеизмометри, научници снимају ехо ових таласа, који се на границама различитих средина одбијају и преламају по законима које добро познајемо. На основу ових законитости и добијених резултата мерења, можемо добити дубину на којој се налазе наведени слојеви.
Рачунањем масе и запремине Земље можемо одредити средњу густину целе планете. С обзиром на то да густину површинских слојева, односно коре, познајемо с великом тачношћу, уз помоћ математике можемо апроксимирати густину дубљих слојева.
Након што су одредили густину одређеног слоја, научници процењују који од хемијских елемената се најбоље уклапа у ту слику. Иако се у ову слагалицу могу уклопити и неки други тешки метали, чија би густина одговарала гистини језгра Земље, геолози ипак претпостављају да је реч о гвожђу с примесама никла. Ова идеја није пука претпоставка, већ се темељи на проучавању најстаријих становника нашег Сунчевег система – астероида и метеора. Ово свемирско камење сачињено је у највећој мери управо од ова два елемента, а сматра се да су астероиди, метеори и планете настали у исто време, пре неколико милијарди година. Нa основу овога можемо закључити да су сачињени од истих хемијских елемената.
Научници са Универзитета у Илиноису и Нањингу, који су заслужни за недавно откриће о Земљином језгру, такође су се послужили сеизмичким таласима. Пратили су њихово кретање кроз Земљу након земљотреса уз помоћ напредних технологија за очитавање сеизмичких сигнала, у периоду између 1992. и 2012. године. Схватили су да постоје разлике у кретању таласа од чак десет секунди, када пролазе кроз централне и спољашње делове унутрашњег језгра.
Наиме, ову појаву објашњавају различитом оријентацијом кристала гвожђа у централном делу унутрашњег језгра. Сматра се да су оријентисани у правцу исток-запад, док су у наредном слоју оријентисани у правцу север-југ, попут наше осе ротације. Различите оријентације и неравномерности у грађи језгра могу указивати на токове еволуције наше планете о којима раније нисмо размишљали. Оваква грађа указује на драматичну прошлост центра наше планете, која можда садржи кључ разумевања формирања Земље, али и нашег магнетног поља, које нас попут невидљивог штита брани од свакодневних налета разорних наелектрисаних честица са Сунца.