Βαθιά κάτω από τα πόδια μας, πολύ πιο κάτω από εκεί που μπορεί να φτάσει οποιοδήποτε γεωτρύπανο, κρύβεται κάτι παράξενο. Δύο τεράστιες μάζες πετρώματος, στο μέγεθος ηπείρων, αιωρούνται ακριβώς πάνω από τον πυρήνα της Γης. Είναι θερμές, πυκνές και επίμονα διαφορετικές από οτιδήποτε τις περιβάλλει. Για δεκαετίες, οι επιστήμονες προσπαθούν να τις εντάξουν σε μια συνεκτική αφήγηση για το πώς σχηματίστηκε ο πλανήτης μας.
Νέα μελέτη στο Nature Geoscience, με επικεφαλής τον γεωδυναμικό Yoshinori Miyazaki από το Rutgers University και συνεργάτες όπως ο Jie Deng από το Princeton, προτείνει μια φρέσκια εξήγηση. Σύμφωνα με αυτή, οι δομές αυτές διατηρούν μια χημική «μνήμη» από την εποχή που η Γη ήταν ένας λιωμένος κόσμος και ο ίδιος ο πυρήνας «διέρρεε» προς τον μανδύα.
Κρυφές ήπειροι στον πυθμένα του μανδύα
Σε βάθος περίπου 2.900 χιλιομέτρων, στο όριο μεταξύ μανδύα και μεταλλικού πυρήνα, βρίσκονται δύο γιγάντιες περιοχές χαμηλής ταχύτητας διάτμησης, γνωστές ως LLSVPs. Η μία εντοπίζεται κάτω από την Αφρική και η άλλη κάτω από τον Ειρηνικό Ωκεανό. Εκτείνονται σε χιλιάδες χιλιόμετρα και υψώνονται εκατοντάδες χιλιόμετρα πάνω από το όριο πυρήνα-μανδύα.
Η ύπαρξή τους αποκαλύπτεται από τους σεισμούς. Τα σεισμικά κύματα επιβραδύνονται δραστικά όταν τις διαπερνούν, ενώ σε ορισμένα σημεία στα όριά τους κινούνται τόσο αργά, ώστε οι γεωφυσικοί τα ταξινομούν ως ζώνες υπερ-χαμηλής ταχύτητας, τις λεγόμενες ULVZs. Πρόκειται για λεπτά, σχεδόν «τηγανίτη»-όμορφα στρώματα, πάχους μόλις μερικών δεκάδων χιλιομέτρων, όπου η ταχύτητα των κυμάτων μπορεί να μειώνεται έως και δέκα φορές.
Ταυτόχρονα, η χημεία των βασαλτών από ωκεάνιες νησιωτικές αλυσίδες, όπως η Χαβάη και η Ισλανδία, δείχνει ότι προέρχονται από μια παράξενη, αρχαία δεξαμενή σε μεγάλο βάθος. Ελαφρύτερα ισότοπα πυριτίου και ασυνήθιστες αναλογίες ιχνοστοιχείων υποδεικνύουν μια εμπλουτισμένη πηγή που συνδέεται με αυτές τις βαθιές μάζες.
«Δεν πρόκειται για τυχαίες ιδιορρυθμίες. Είναι τα αποτυπώματα της πρώιμης ιστορίας της Γης», σημειώνει ο Miyazaki. «Αν καταλάβουμε γιατί υπάρχουν, μπορούμε να κατανοήσουμε πώς σχηματίστηκε ο πλανήτης και γιατί έγινε φιλόξενος για τη ζωή».
Όταν η Γη ήταν ένας ωκεανός μάγματος
Λίγο μετά τη δημιουργία της, πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, η επιφάνεια της Γης δεν ήταν στεριά αλλά ένας παγκόσμιος ωκεανός λιωμένου πετρώματος, βάθους εκατοντάδων χιλιομέτρων. Καθώς αυτός ο ωκεανός μάγματος ψυχόταν, τα βαρύτερα συστατικά θα έπρεπε να βυθίζονται και τα ελαφρύτερα να ανεβαίνουν, δημιουργώντας καθαρές χημικές στρώσεις.
Στην πράξη όμως, τα σεισμικά δεδομένα δεν δείχνουν ένα τόσο απλό, τακτοποιημένο εσωτερικό. Αντίθετα, εμφανίζουν τις δύο άνισες, ακανόνιστες «στοίβες» με διάσπαρτες ζώνες ULVZ. Τα παλαιότερα μοντέλα μιλούσαν για έναν παχύ, πλούσιο σε σίδηρο βασικό στρώμα γύρω από τον πυρήνα, που όμως δεν συμφωνεί με τις σημερινές παρατηρήσεις.
«Αυτή η αντίφαση ήταν η αφετηρία», εξηγεί ο Miyazaki. «Κάτι έλειπε από την εξίσωση».
Όταν ο πυρήνας αρχίζει να “διαρρέει”
Το χαμένο κομμάτι, υποστηρίζει η ομάδα, είναι η συμβολή του ίδιου του πυρήνα. Καθώς ο μεταλλικός πυρήνας ψυχόταν, ελαφρύτερα στοιχεία όπως το μαγνήσιο, το πυρίτιο και το οξυγόνο άρχισαν να αποβάλλονται από το λιωμένο σίδηρο. Υπό τεράστιες πιέσεις, σχηματίζονταν οξείδια όπως το MgO και το SiO₂, τα οποία ανέβαιναν προς τον μανδύα.
Αν πάνω από τον πυρήνα υπήρχε ακόμη ένας λιωμένος ωκεανός μάγματος, αυτά τα υλικά διαλύονταν μέσα του, εμπλουτίζοντάς τον σταδιακά. Οι ερευνητές βάφτισαν αυτό το σενάριο «βασικός μολυσμένος ωκεανός μάγματος από εξώλυση», ή BECMO. Σε αυτή την εικόνα, ο ωκεανός μάγματος δεν ψύχεται μόνο από πάνω προς τα κάτω, αλλά «τροφοδοτείται» χημικά και από κάτω.
Το αποτέλεσμα είναι ότι αντί για ένα ομοιόμορφο, πυκνό στρώμα γύρω από τον πυρήνα, δημιουργούνται τοπικές, σταθερές συσσωρεύσεις πιο πυκνού υλικού, πλούσιου σε μπριτζμανίτη και διοξείδιο του πυριτίου. Αυτές οι συσσωρεύσεις αναδιατάσσονται με την πάροδο δισεκατομμυρίων ετών και παίρνουν τη μορφή που σήμερα αναγνωρίζουμε ως LLSVPs.
Από τα βάθη στα ηφαίστεια
Οι επιστήμονες προσομοίωσαν την εξέλιξη του μανδύα επί δισεκατομμύρια χρόνια και διαπίστωσαν ότι το μοντέλο BECMO αναπαράγει καλύτερα τις παρατηρούμενες δομές και τις ζώνες ULVZ. Επιπλέον, επιτρέπει την άνοδο θερμών στηλών πετρώματος από αυτές τις βαθιές δεξαμενές προς την επιφάνεια, τροφοδοτώντας ηφαιστειακά «θερμά σημεία».
Έτσι εξηγούνται και τα ιδιαίτερα χημικά «αποτυπώματα» σε ηφαιστειακά πετρώματα, όπως οι ασυνήθισες αναλογίες ηλίου και βολφραμίου. Δεν πρόκειται για άμεση ανάμειξη υλικού του πυρήνα με τον μανδύα, αλλά για μεταφορά συγκεκριμένων στοιχείων μέσω των οξειδίων που αποβάλλονται από τον πυρήνα.
Πώς επηρεάζει τη ζωή στην επιφάνεια
Αν οι κρυφές αυτές δομές είναι όντως κατάλοιπα ενός μολυσμένου ωκεανού μάγματος, τότε επηρεάζουν καθοριστικά το πού ανεβαίνουν οι μανδυακές στήλες και πού εμφανίζονται ηφαιστειακά θερμά σημεία. Αυτό έχει συνέπειες στη δημιουργία νησιών, μεγάλων ηφαιστειακών επαρχιών και, σε βάθος χρόνου, ακόμη και στο κλίμα και τη ζωή.
Παράλληλα, το νέο μοντέλο βελτιώνει την κατανόηση της ροής θερμότητας από τον πυρήνα προς τον μανδύα, μια διαδικασία κρίσιμη για την τεκτονική πλακών και για τη λειτουργία του γεωδυναμό που παράγει το μαγνητικό πεδίο της Γης, την ασπίδα μας απέναντι στην ηλιακή ακτινοβολία.
Πέρα από τη Γη, η έρευνα προσφέρει και ένα θεωρητικό «εγχειρίδιο» για το τι κάνει έναν πλανήτη κατοικήσιμο. Η σύνδεση μεταξύ πρώιμων ωκεανών μάγματος, χημείας πυρήνα και εσωτερικής δυναμικής ίσως εξηγεί γιατί η Γη εξελίχθηκε σε έναν φιλόξενο κόσμο, σε αντίθεση με την Αφροδίτη ή τον Άρη.
Με λίγα λόγια, η αποκάλυψη αυτών των κρυφών «ηπείρων» δεν αφορά μόνο τα βάθη της Γης, αλλά φωτίζει την ίδια την ιστορία της και τις συνθήκες που επέτρεψαν τη ζωή να ανθίσει στην επιφάνειά της.
Τα αποτελέσματα της έρευνας είναι διαθέσιμα διαδικτυακά στο επιστημονικό περιοδικό Nature Geoscience
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
ΤΑ ΣΧΟΛΙΑ ΑΝΑΡΤΩΝΤΑΙ ME ΜΙΚΡΗ ΚΑΘΥΣΤΕΡΗΣΗ ΚΑΙ ΚΑΤΟΠΙΝ ΕΛΕΓΧΟΥ