Ziemia jest jednym z najbardziej złożonych i fascynujących ciał niebieskich w naszym Układzie Słonecznym. Jest też bezsprzecznie najlepiej poznanym i zbadanym obiektem. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat naukowcy opracowali bardzo dość dokładne modele warstw ziemskich, które pozwalały im lepiej zrozumieć naszą planetę i jej historię. Jak się jednak okazuje nawet pozornie tak przebadana planeta jak nasza własna Ziemia potrafi nas porządnie zaskoczyć. Czym zaskoczyła tym razem?
W najnowszych badaniach przeprowadzonych przez zespół badaczy z Uniwersytetu Teksańskiego w Austin odkryli zupełnie nową warstwę częściowo wewnętrzną naszej planety. Jest to warstwa stopionej skały znajdująca się pod skorupą ziemską na głębokości około stu sześćdziesięciu kilometrów i być może będzie brakującym elementem, który pomoże w rozstrzygnięciu długotrwałej debaty na temat ruchu płyt tektonicznych. Naukowcy, co prawda zidentyfikowali już wcześniej ślady stopionego materiału na podobnej głębokości. Jednak dopiero to wyniki nowych badań, które opublikowane zostały szóstego lutego bieżącego roku w czasopiśmie naukowym “Nature Geoscience” po raz pierwszy ujawnił globalny zasięg tej warstwy i jej istotny udział w tektonice płyt.
Teraz cofnijmy się na chwilę do podstaw wiedzy na temat budowy Ziemi.
Ziemia, podobnie jak i pozostałe planety skaliste, posiada zgodnie z jej nazwą – skalną powłokę. Pod względem masy i średnicy jest największą planetą skalistą Układu Słonecznego. Ma również największą gęstość, najsilniejsze pole magnetyczne, najsilniejszą grawitację oraz najszybszy ruch obrotowy. Kształt Ziemi zbliżony jest do elipsoidy obrotowej, kuli lekko spłaszczonej na biegunach i wybrzuszonej wzdłuż równika.
Wnętrze Ziemi można podzielić ze względu na właściwości chemiczne lub mechaniczne, lub inaczej mówiąc fizyczne Pod względem budowy chemicznej, planeta składa się z krzemianowej skorupy, bogatego w krzem, magnez i żelazo płaszcza oraz żelaznego jądra. Pod względem właściwości mechanicznych, wyróżnia się stałą litosferę, plastyczną astenosferę, stałą mezosferę, płynne jądro zewnętrzne i stałe jądro wewnętrzne.
Litosfera to powierzchniowa warstwa Ziemi, która składa się z skał i skorupy ziemskiej. Jest to najbardziej zewnętrzna warstwa Ziem. Litosfera jest bardzo ważna, ponieważ jest ona współodpowiedzialna za przemieszczanie się kontynentów, tu również dochodzi do trzęsień ziemi i wulkanizmu. Termin „litosfera” bywa często nieściśle stosowany jako zamiennik terminu „skorupa ziemska”. Pamiętajcie jednak, że to nie jest jedno i to samo – litosfera jest pojęciem szerszym niż skorupa ziemska.
Według dominującej obecnie teorii tektoniki płyt, powłoka zewnętrzna Ziemi składa się z dwóch warstw: sztywnej litosfery i plastycznej astenosfery. Jest to warstwa naszej planety, która ze względu na wyższą temperaturę i ciśnienie zachowuje właściwości plastyczne i może bardzo powoli płynąć. Litosfera pod wpływem ciepła ulega deformacji i rozbija się na bloki, które nazywamy płytami tektonicznymi, a te unoszą się na płynnym materiale astenosfery niczym tafle lodu na powierzchni oceanu. Oceany i kontynenty świata znajdują się na szesnastu głównych blokach, które się poruszają i przesuwają. Tak to wygląda, oczywiście w dużym uproszczeniu. Dlaczego to takie istotne? Otóż dlatego, że najnowsze wyniki badań dotyczą właśnie astenosfery. To właśnie tu odkryta została nowa warstwa naszej planety.
Warstwa, o której mowa jest częścią astenosfery, znajduje się pod płytami tektonicznymi Ziemi w górnym płaszcz na głębokości około stu mil, czyli stu sześćdziesięciu kilometrów.
Doktor habilitowany Junlin Hua z Jackson School of Geosciences na Uniwersytecie Teksański w Austion badał obrazy sejsmiczne płaszcza Ziemi znajdującego się pod Turcją w ramach swoich badań doktoranckich, kiedy zauważył oznaki częściowo stopionej skały. Wcześnie inni naukowcy zauważyli już części tej warstwy skał jednak uznali je po prostu za anomalie. Junlin Hua wraz ze współpracownikami odkryli dowody na to, że jest to zjawisko występujące na szerszą, globalną skalę.
Głównym wyzwaniem związanym z badaniem wewnętrznych warstw Ziemi jest gromadzenie danych. Nie jesteśmy w stanie wydrążyć kilkuset kilometrowej dziury i większość danych można zebrać wyłącznie na powierzchni. Dlatego naukowcy wykorzystują fale sejsmiczne generowane przez trzęsienia ziemi, które przechodzą przez wnętrze Ziemi, do badania prędkości przemieszczania się fali sejsmicznej w tych wewnętrznych warstwach, działa to podobnie jak tomografia komputerowa w szpitalu. – powiedział Junlin Hua
Łącznie badacze zebrali ponad siedemset “zdjęć” wykonanych przez detektory sejsmiczne na całym świecie i stworzyli globalną mapę astenosfery. Analizując dane, Junlin Hua zobaczył, jak fale sejsmiczne przemieszczały się przez różne materiały pod skorupą ziemską, w tym zmiany prędkości, kierunku i czasu dotarcia do miejsc wykrycia. Warstwa stopionej skały pojawiła się na odczytach sejsmicznych w obszarach, w których astenosfera osiągnęła najwyższe temperatury, około dwa tysiące sześćset czterdzieści stopni Fahrenheita czyli niecałe tysiąc czterysta pięćdziesiąt stopni Celsjusza
Jak sam stwierdził – “ To odkrycie dostarcza ostatecznych dowodów na to, że inne czynniki, takie jak zmiany temperatury i ciśnienia, mogą wpływać na astenosferę i oraz tektonikę płyt.
Budowa Ziemi jest niezwykle złożona i składa się z wielu warstw, które współpracują ze sobą, aby utrzymać naszą planetę w stanie równowagi. Wielu rzeczy cały czas nie wiemy, niektórych po prostu nie rozumiemy. Badanie budowy Ziemi chociaż niezwykle trudne, jest ogromnie ważne dla lepszego zrozumienia naszej planety i jej historii, a także dla ulepszania naszych prognoz dotyczących zmian klimatu czy katastrof naturalnych, co w przyszłości może pozwolić lepiej przewidywać ruchy płyt, trzęsienia Ziemi, tsunami, erupcje wulkanów i inne katastrofy naturalne.