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.
Ljudi su koračali širom planete, osvajali zemlju, letjeli nebom i zaronili u najdublje djelove okeana. Svoje smo predstavnike poslali i na Mjesec, ali u Zemljinoj unutrašnjosti nikada nismo bili, piše BBC.
Nismo se ni približili dovoljno da bismo uvideli kakve tajne skriva srce naše planete čije se središte nalazi na dubini od oko 6.000 kilometara. Najveća dubina koju smo ikada dosegli iznosi 12.262 metra, koliko i Kolska superduboka bušotina koja se nalazi usred puste tundre poluostrva Kola na samom sjeveru Europe, a koju su iskopali sovjetski naučnici u periodu od 1970. do 1989. godine.
Svi događaji koje pripisujemo Zemljinoj unutrašnjosti desili 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 pritisak, nalaze se na dubini od otprilike 500 kilometara.
Proći će još mnogo vremena pre nego što čovek otkrije u potpunosti šta sve krije Zemljina unutrašnjost, ali bez obzira na to što još nismo zašli u dubine ovog neverovatnog carstva, o Zemljinoj unutrašnjosti znamo prilično mnogo, bez ijednog fizičkog dokaza.
Kako smo to otkrili, objašnjava prof. Sajmon Redfern stručnjak sa Univerziteta u Kembridžu u Velikoj Britaniji.
Masu Zemlje možemo da izračunamo posmatrajući njenu gravitacionu silu i objekte koji se nalaze na njenoj površini. Prema tim proračunima, masa zemlje iznosi 5,97 x 1024 kilograma, odnosno 59 i još 20 nula.
“Gustina materijala na površini Zemlje mnogo je niža od prosečne gustine cele Zemlje, pa se može zaključiti da u njenoj unutrašnjosti postoji nešto mnogo gušće”, rekao je Redfern.
Sledeće pitanje je od kojih teških metala se Zemlja sastoji. Poznato je da više od 80% Zemljinog središta čini gvožđe. Glavni dokaz za to su velike količine gvožđa u svemiru koji nas okružuje. Gvožđe je jedan od deset najčešćih elemenata koje pronalazimo u našoj galaksiji, a pronađen je i u meteorima. Gvožđa ima i na površini Zemlje, i to u prilično velikim količinama. Stoga teorija koja objašnjava nastanak Zemlje navodi i kako je pre 4.5 milijardi godina velika količina gvožđa nekako pronašla svoj put u središte Zemlje.
Upravo je središte Zemlje, barem se tako pretpostavlja, najteži i najmasivniji deo naše planete. Poznato je da je gvožđe relativno gust element u normalnim uslovima, ali se pod ekstremnim pritiskom kojim je podvrgnuto u Zemljinoj unutrašnjosti, drobi i postaje još gušće. Upravo to objašnjava Zemljinu masu, i dokazuje da se u unutrašnjosti zemlje nalazi velika količina ovog metala.
Kako je gvožđe dospjelo u unutrašnjost Zemlje?
Gvožđe je doslovno gravitiralo u Zemljinu unutrašnjost, ali način na koji je to tamo dospjelo godinama je intrigirao naučnike, a onda je stigao odgovor.
Ostatak Zemljine unutrašnjosti čine stjene sačinjene od silikata kroz koje rastopljeno gvožđe pronalazi put prema utrobi. Slično se događa i sa vodom kada proteče kroz masnu površinu i stežući se u kapljice putuje kroz zemlju. Gvožđe putuje u malenim, nazovimo ih rezervoarima, izbjegavajući razlevanje u velike raširene potoke.
Rešenje protoka gvožđa 2013. ponudila je Vendi Mao sa Stenford univerziteta u Kaliforniji. U svom radu je postavila pitanje šta se događa sa gvožđem prilikom susreta sa silikatima i šta se događa kada oboje dođu u susret sa ekstremnim pritiskom kojem su izloženi duboko ispod Zemljine površine.
“Pritisak zapravo mjenja strukturu i svojstva gvođža koje se zatim pri dodiru sa silikatima drugačije ponaša. U uslovima koji se nalaze u Zemljinoj dubini, pri visokom pritisku, topi se njegova struktura”, objasnila je Mao.
U svojem radu predlaže rešenje prema kojem se gvožđe postupno provlači kroz stene Zemlje, a proces putovanja do središta traje milionima godina.
Kako znamo veličinu jezgra?
Nakon što smo saznali sastav Zemljinog jezgra, sljedeće pitanje koje se nameće je kako znamo njegovu veličinu? Kako znamo da počinje na 300 kilometara dubine? Odgovor nam je dala seizmografija. Tačno je da zemljotresi mogu da budu destruknivni, ali iz njih možemo mnogo da naučimo.
U trenutku zemljotresa, sprave koje je izradio čovek primaju signale u obliku radio-talasa koji se šire planetom. Seizmolozi mereći vibracije i podrhtavanje tla dolaze do raznih spoznaja - kao kad bismo na jednoj strani Zemlje udarili velikim čekićem, a zatim na drugom kraju osluškivali proizvedeni zvuk.
“Zemljotres u Čileu iz 1960. bio je od velike pomoći pri prikupljanju podataka o unutrašnjosti Zemlje”, objašnjava Redfern i dodaje kako s obzirom na putanju kojom se te vibracije šire, prolaze kroz različite delove Zemlje, što utiče na zvuk koji na kraju možemo da čujemo.
U ranijoj seizmološkoj istoriji zabeležen je nestanak nekih vibracija, takozvani 'S-talasi' za koje se očekivalo da će se pojaviti na drugoj strani Zemlje. Ali, nestali su bez traga. Razlog za to je jednostavan. 'S-talasi' mogu da odeknu kroz čvrsti, kruti materijal, ali ne i kroz tečnosti. Stoga su 'S-talasi' na svojem putu širenja kroz Zemljinu unutrašnjost morali da naiđu na nešto tečno. Seizmolozi su vešto beležili svaki takav nestali talas i na kraju izračunali da se na oko 300 kilometara dubine stene i kamenje tope i pretvaraju iz čvrstog u tečno agregatno stanje. Upravo to sugeriše da centar Zemlje čini gusta ali tečna materija. Ali postoji još nešto.
Danska seizmografkinja Inge Lehman otkrila je 30-ih godina prošlog veka postojanje još jedne vrste talasa - 'P-talase' koji neočekivano putuju kroz Zemljino središte, njeno jezgro, a njihov je uticaj vidljiv, odnosno oseća se na drugom kraju planete.
Lehman je dala rešenje za takvo širenje talasa. “Zemljino jezgro podjeljeno je u dva sloja”, rekla je Lehmann. Prema njenom otkriću, unutrašnji sloj Zemljinog jezgra počinje na oko 5.000 kilometara dubine i zapravo je u čvrstom stanju, dok gornji sloj jezgra čine metali i stene, pretvoreni u tečnosti.
Ovaj predlog odgovora na pitanje potvrđen je 1970. godine. Seizmolozi su detaljnim analizama i naprednijom tehnologijom otkrili da 'P-talasi’ zapravo putuju kroz središte Zemljinog jezgra, a u nekim slučajevima bivaju smanjeni, okrznuti, redukovani zbog nailaska na tečnost od koje je sastavljen gornji dio jezgra. Dokazano je da na kraju ipak završavaju na drugom delu planete.
Nuklearno oružje kao alat za učenje
Nisu samo zemljotresi ti koji nas uče mnogo čemu. Seizmolozima je u mnogim otkrićima pomogao razvoj nuklearnog oružja. Detonacije koje proizvede nuklearna eksplozija izaziva nastanak talasa na površini tla, kao i u samom tlu, zbog čega mnoge nacije koriste usluge seizmologa kako bi otkrile vojne aktivnosti na drugom kraju sveta.
Tokom Hladnog rata takva praksa bila je izuzetno važna. Zahvaljujući zemljama koje se međusobno takmiče oko nuklearnog naoružanja, otkriveni su dodatni detalji i spoznaje o unutrašnjosti naše planete Zahvaljujući njihovim proračunima, danas možemo da nacrtamo i objavimo Zemljinu strukturu bez straha od grešaka.
Postoji rastopljeni spoljašnji sloj jezgra koji počinje otprilike na pola puta od Zemljinog centra, unutar kojeg se nalazi čvrsto jezgro prečnika oko 1.220 kilometara. Ali, ni to nije sve.
Pitanje temperature jezgra jedno je od najtežih. Sve donedavno, odgovor nije postojao, ali taj je problem rešila je Lidunka Vočadlo sa Londonskog univerziteta. Termometar nije moguće postaviti tako duboko, ali u laboratoriji možemo stvoriti uslove koji su na snazi u unutrašnjosti Zemlje.
Francuski istraživači su 2013. godine dali najbolja predviđanja do sada. Testirajući čisto gvožđe koje je podvrgnuto visokom pritisku i nešto višoj od polovine pretpostavljene temperature koja grije unutrašnjost Zemlje, došli su do zanimljivih rezultata.
Zaključili su da tačka topljenja gvožđa u unutrašnjosti Zemlje iznosi oko 6.230 stepeni Celzijusovih, ali zbog prisustva drugih metala, ipak je nešto niža pa iznosi oko 6.000 stepeni, što odgovara temperaturi na površini Sunca.
Zemlja je uspjela da zadrži svoju temperaturu od početka nastanka, a toplotu dobija zahvaljujući trenju gustih materija od kojih je sačinjena, kao i od raspadanja radioaktivnih elemenata. Ali, svakih milijardu godina Zemljino jezgro se ohladi za oko 100 stepeni Celzijusovih.
Zemljina temperatura utiče i na brzinu kojom putuju vibracije koje izazivaju zermljotresi. 'P-talasi' putuju neočekivano sporo kroz unutrašnjost Zemlje, sporije nego kada bi Zemljino jezgro bilo sačinjeno isključivo od gvožđa. To ukazuje na postojanje još nekih metala u zemljinom jezgru.
U pitanju bi mogao da bude nikl, ali naučnici napominju da talasi kroz kombinaciju gvožđa i nikla ne bi putovali brzinom kojom putuju sada. Vočadlo i kolege sada razmatraju mogućnost postojanja drugih elemenata poput sumpora i silicijuma. Do sada niko nije došao do zadovoljavajućeg odgovora na pitanje sastava unutrašnjeg dela Zemljinog jezgra.
Vočadlo zato pokušava da putem kompjuterske simulacije materije unutrašnjeg dela jezgra odgonetne šta se zapravo tamo nalazi. Kaže da tajna leži u činjenici da unutrašnji deo jezgra odgovara temperaturi topljenja. Kao rezultat, tačna svojstva materije mogla da budu nešto drugačija od onoga kakva bi bila da su čvrstog stanja. To bi objasnilo pojavu sporijeg prolaska talasa kroz Zemljinu unutrašnjost.
Iako mnogo znamo o unutrašnjosti naše planete, postoji niz zagonetki koje tek čekaju na to da budu rešene. Ali, i bez kopanja dubokih rupa, naučnici su uspešno otkrili šta se nalazi hiljadama kilometara ispod naših nogu.
Iako ne razmišljamo o njima, događaji koji se odvijaju u središtu Zemlje od velike su važnosti za našu planetu. Zemlja ima moćno magnetno polje upravo zahvaljujući svojem jezgru. Neprestano kretanje otopljenog gvožđa stvara električni naboj koji služi kao vrsta generatora za stvaranje magnetnog polja koje seže duboko u svemir.
Magnetno polje koje Zemljino jezgro stvara štiti nas od štetne solarne radijacije. Da jezgro nije onakvo kakvo je sada, magnetnog polja ne bi bilo, a tek onda bismo upali u prave probleme, mnogo veće od našeg neznanja.
Pratite nas na našoj Facebook i Instagram stranici, kao i na X nalogu.