A legújabb adatok azt mutatják, hogy a Föld belső magja jobban növekszik az egyik oldalon, mint a másikon

Több mint 5000 kilométerrel alattunk a Föld szilárd fém belső magját csak 1936-ban fedezték fel. Majdnem egy évszázaddal később még mindig k...

Több mint 5000 kilométerrel alattunk a Föld szilárd fém belső magját csak 1936-ban fedezték fel. Majdnem egy évszázaddal később még mindig küzdünk, hogy megválaszoljuk az alapvető kérdéseket, hogy mikor és hogyan keletkezett.

Ezek nem könnyen megoldható rejtvények. Nem tudunk közvetlenül mintát venni a belső magból, így a rejtélyek feltárásának kulcsa a szeizmológusok együttműködésében rejlik, akik közvetve mintát vesznek szeizmikus hullámokkal, és ott vannak a geodinamikusok, akik modelleket készítenek dinamikájából, és az ásványfizikusok, akik tanulmányozzák a vas ötvözetek viselkedését magas nyomáson és hőmérsékleten.

Ezeket a tudományágakat ötvözve a tudósok fontos nyomokat találtak arra vonatkozóan, hogy mi történik több száz kilométerre a lábunk alatt. Egy új tanulmányban feltárják, hogy a Föld belső magja gyorsabban növekszik az egyik oldalon, mint a másikon, ami segíthet megmagyarázni, hogy hány éves a belső mag, és a Föld mágneses mezőjének érdekes történetére is rávilágít. (1)

A korai Föld

A Föld magja bolygónk 4,5 milliárd éves történetének nagyon korai szakaszában alakult ki, az első 200 millió évben. A gravitáció a nehezebb vasat a fiatal bolygó középpontjába húzta, így a köves, szilikát ásványok a köpenyben és a kéregben maradtak.

A Föld kialakulása sok hőt zárt be a bolygó belsejébe. Ennek a hőnek a vesztesége és a folyamatos radioaktív bomlás okozta fűtés azóta is hajtja bolygónk evolúcióját. A hőveszteség a Föld belsejében az erőteljes áramlást hajtja a folyékony vas külső magjában, ami létrehozza a Föld mágneses mezőjét. Eközben a Föld mély belsejében történő hűlés elősegíti a tektonikát, amely alakítja bolygónk felszínét.

Ahogy a Föld idővel lehűlt, a bolygó közepén a hőmérséklet extrém nyomáson végül a vas olvadáspontja alá süllyedt, és a belső mag kristályosodni kezdett. Ma a belső mag évente nagyjából 1 mm-es sugarú körben nő, ami másodpercenként 8000 tonna olvadt vas megszilárdulásának felel meg. Ez a hűlés évmilliárdok alatt végül ahhoz vezetett, hogy az egész mag szilárddá vált, és a Föld védő mágneses mező nélkül maradt.

A mag kérdése

Feltételezhetjük, hogy ez a megszilárdulás egy homogén, szilárd gömböt hozott létre, de ez nem így van. A kilencvenes években a tudósok rájöttek, hogy a belső magon áthaladó szeizmikus hullámok sebessége váratlanul megváltozott. Ez azt sugallta, hogy valami aszimmetrikus folyamat történik a belső magban.

Pontosabban, a belső mag keleti és nyugati fele különböző szeizmikus hullámsebesség-variációkat mutatott. A belső mag keleti része Ázsia, az Indiai-óceán és a Csendes-óceán nyugati része alatt, a nyugati pedig Amerika, az Atlanti-óceán és a Csendes-óceán keleti része alatt található.

Az új tanulmány ezt a rejtélyt vizsgálta, új szeizmikus megfigyelésekkel, geodinamikai modellezéssel és a vasötvözetek magas nyomáson való viselkedését megbecsülve. Azt találták, hogy az indonéz Banda-tenger alatt található keleti belső mag gyorsabban növekszik, mint Brazília nyugati oldala alatt.

Úgy képzelhetjük el ezt az egyenetlen növekedést, mintha fagylaltot próbálnánk készíteni a fagyasztóban, amelynek csak az egyik oldalon működik: jégkristályok csak a fagylalt azon oldalán képződnek, ahol a hűtés hatékony. A Földön az egyenetlen növekedést az okozza, hogy a bolygó többi része gyorsabban szívja fel a hőt a belső mag egyes részeiből, mint mások.

De ellentétben a fagylalttal, a szilárd belső mag gravitációs erőknek van kitéve, amelyek egyenletesen osztják el az új növekedést a kúszó belső áramlás során, amely megtartja a belső mag gömb alakját. Ez azt jelenti, hogy a Földet nem fenyegeti a megbillenés veszélye, bár ez az egyenetlen növekedés rögzül bolygónk belső magjának szeizmikus hullámsebességeiben.

A mag korának meghatározása

Tehát ez a megközelítés segít megérteni, hogy hány éves lehet a belső mag? Amikor a kutatók szeizmikus megfigyeléseiket összevetették áramlási modelljeikkel, azt találták, hogy valószínű, hogy a belső mag - a jóval korábban kialakult teljes mag közepén - 500 és 1500 millió év közötti.

A tanulmány szerint ennek a kornak a fiatalabb dátum felel meg jobban, bár a régebbi kor egyezik a Föld mágneses mezőjének erősségében bekövetkezett változások mérési becslésével. Bármelyik szám is bizonyul igaznak, egyértelmű, hogy a belső mag viszonylag fiatal, valahol kilencede és harmada a Föld korának.

Ez az új munka a belső mag legújabb modelljét mutatja be. A szerzők számos fizikai feltételezésének azonban igaznak kell lennie ahhoz, hogy ez is igaz legyen. Például a modell csak akkor működik, ha a belső mag egy meghatározott vaskristályos fázisból áll, amellyel kapcsolatban van némi bizonytalanság.

Vajon ez az egyenetlen belső mag szokatlanná teszi a Földet? Kiderült, hogy sok bolygótestnek két fele van, amelyek valahogy különböznek egymástól. A Marson az északi félteke felszíne alacsonyabban fekszik, míg a déli, hegyvidéki fele. A Hold közeli felének kérge kémiailag különbözik a túlsó oldaltól. A Merkúr és a Jupiter esetében nem a felszín egyenetlen, hanem a mágneses mező, amely nem képez tükörképet észak és dél között.

Tehát, bár ezeknek az aszimmetriáknak az okai eltérőek, a Föld úgy tűnik, hogy jó társaságban van, mint egy kissé aszimmetrikus bolygó a féloldalas égitestek naprendszerében. (2)

(1) - https://www.nature.com/articles/s4156
(2) - https://theconversation.com/earths-inn