Miezul Pamantului pare sa se infiltreze catre suprafata

Noi dovezi solide sugereaza ca materia primordiala din miezul planetei noastre isi face cumva drum spre exterior. Ar putea fi implicate entitati de marimea unui continent ancorate la limita dintre nucleu si manta.

Toata activitatea de la suprafata Pamantului – eruptii vulcanice, placi tectonice in miscare, mari nelinistite si nenumarate forme de viata – depinde de motorul format din doua componente.

Direct sub scoarta terestra se afla mantaua: roca care se topeste, se agita si curge, determinand activitatea vulcanica si tectonica de la suprafata.

Iar sub aceasta, se afla nucleul exterior, un ocean de metal lichid ale carui fluxuri turbionare inconjoara planeta cu un camp magnetic protector.

O presupunere veche a geologilor este ca granita dintre manta si miezul exterior este clara si stricta. La urma urmei, roca mai usoara din manta ar trebui sa pluteasca practic deasupra miezului metalic mai dens.

Insa, cateva studii publicate recent spun o poveste surprinzatoare, una care era deja suspectata: miezul Pamantului elibereaza material.

Acest material isi face drum chiar spre suprafata, posibil transportat prin doua aglomerari de dimensiuni uriase care se afla la granita dintre miez si manta.

„Este o nebunie”, a spus Harriet Lau, expert in geodinamica la Universitatea Brown. Daca materialul se revarsa din miez in manta, oare este granita dintre ele „atat de distincta pe cat credem?”

Cercetarea concluzioneaza ca acest perete abisal are usi. „Este o sugestie cu adevarat interesanta”, a spus Forrest Horton, petrolog la Institutul Oceanografic Woods Hole.

Despre undele seismice si miezul Pamantului

Arhitectura interna a planetei a fost dedusa in mare masura din propagarea undelor seismice.

Cand un cutremur proiecteaza undele respective prin planeta, acestea isi schimba viteza si directia in functie de ceea ce intalnesc, incetinind atunci cand trec prin materiale mai fierbinti si accelerand atunci cand trec prin materiale mai reci.

Unele unde seismice trec prin orice, in timp ce altele (in special undele S) nu pot trece prin lichide.

La sfarsitul secolului al XIX-lea, seismologii au inceput sa foloseasca date despre undele seismice pentru a schita imaginea unei planete stratificate – una cu o manta stancoasa si un centru din metal lichid.

Apoi, in anii 1930, Inge Lehmann, un seismolog danez autodidact, a observat ca undele seismice ale unui cutremur nu patrund intotdeauna prin miezul Terrei si apar aproximativ in partea opusa a lumii.

In schimb, unele dintre aceste unde seismice apar in locatii geografice mai decalate. Seismologii au atribuit aceste citiri false erorilor instrumentelor.

Dar in faimoasa sa lucrare din 1936, Lehmann a ajuns la o concluzie diferita, aceea ca „Pamantul este alcatuit dintr-un miez si o manta, dar ca in interiorul miezului exista un alt miez interior” – o sfera metalica solida care poate devia undele seismice precum mingile de ping-pong.

Cuvantul ei a devenit rapid o dovada stiintifica. In nucleul exterior al Pamantului se afla un miez interior solid de fier-nichel de dimensiunea unei planete mici.

Seismologia a avansat de atunci. Miezul interior descoperit de Lehmann nu numai ca se roteste, dar accelereaza si incetineste. Un studiu publicat chiar anul acesta a aratat, de asemenea, ca miezul isi schimba periodic forma.

Iar mantaua, care reprezinta 84% din volumul planetei, este acum cunoscuta ca fiind captusita cu panase: coloane fierbinti de roca ascendente care creeaza lanturi de vulcani giganti (precum arhipelagul hawaian) deasupra scoartei terestre in continua schimbare.

Undele seismice marcheaza, de asemenea, o bariera clara intre mantaua, mai usoara, dar solida, si nucleul exterior, mai dens, dar lichid. Aceasta granita dintre nucleu si manta separa doua domenii geologice foarte diferite.

„Intr-un fel, este intalnirea dintre doua planete”, a afirmat Vedran Lekić, seismolog la Universitatea din Maryland. Geologii au presupus mult timp ca, in afara de caldura, nimic semnificativ nu ar putea trece din miez in manta.

Si totusi, se pare ca trece.

Miezul infiltrat al Pamantului

Indiciile ca materia ar depasi cumva cea mai puternica bariera de densitate de pe planeta au inceput sa apara acum o jumatate de secol, sub forma unor izotopi anormali de heliu extrasi din roca vulcanica.

Exista doi izotopi stabili ai heliului: heliu-3 si heliu-4 (care are un neutron suplimentar).

Heliul-4 este produs prin dezintegrarea radioactiva a uraniului si toriului din mantaua Pamantului si, prin urmare (prin activitate tectonica si vulcanica) se gaseste frecvent in mantaua Pamantului si la suprafata.

Heliul-3 s-a format in mare parte in urma Big Bang-ului si a fost incorporat in Pamant in timpul formarii sale, acum 4,6 miliarde de ani.

La sfarsitul anilor 1970, insa, geologii au detectat niveluri anormal de ridicate de heliu-3 in lava prelevata din dorsalele medio-oceanice – fisurile dintre doua placi tectonice care se despart – si din vulcanii alimentati de panase.

Aceste locatii de prelevare au sugerat ca heliul-3 provenea dintr-o sursa adanca. Dar care sursa?

„Cred ca este vorba de nucleu”, a spus Matthias Willbold, geochimist la Universitatea din Göttingen, Germania.

Se presupune ca miezul a fost izolat timp de miliarde de ani, ceea ce il face un posibil loc de depozitare pe termen lung pentru izotopii primordiali. Altii au sustinut insa ca heliul-3 ar putea proveni de undeva adanc si stabil, in mantaua inferioara.

Cautarea unor dovezi mai evidente

Heliul-3 nu este o dovada incontestabila a unui miez cu scurgeri. Insa, de-a lungul anilor, semnaturile izotopice antice ale tungstenului si hidrogenului (subiectul unei lucrari publicate chiar anul acesta) au sugerat, de asemenea, ca miezul si mantaua se amesteca cumva.

In cautarea unor dovezi mai evidente, echipa lui Willbold si-a concentrat atentia asupra unui element numit ruteniu.

Este foarte siderofil („iubitor de fier”), ceea ce inseamna ca, atunci cand i se da de ales intre un fluid metalic si unul stancos, acesta va ramane cu metalul.

Si intr-adevar, mantaua duce lipsa de elemente siderofile. Cu miliarde de ani in urma, cand Pamantul era o sfera gigantica de magma, picaturi dense de fier lichid au cazut in adancurile planetei, iar aceasta ploaie de fier a luat cu ea elementele foarte siderofile, sechestrandu-le in miez.

Ruteniul-100, in special, ar fi ajuns in nucleul Pamantului in timpul formarii. Apoi, mai tarziu in istoria planetei, un roi de meteoriti a bombardat suprafata.

Pe baza probelor de meteoriti, acest lucru a adaugat diversi alti izotopi ai ruteniului in scoarta si manta.

Intrucat nu mai precipita fier lichid in jos, acesti alti izotopi nu au putut ajunge in miez, lasand rezervele de ruteniu-100 ale miezului nepoluate. Din acest motiv, ruteniul-100 este un indicator mai clar al unui miez cu scurgeri decat alti trasori izotopici.

Willbold si echipa sa au cautat izotopul in rocile vulcanice din Insulele Galapagos, Hawai’i si Insula Baffin din Canada – toate acestea fiind legate de panasele din manta.

Descoperirea unor cantitati minuscule de ruteniu-100 a fost o intreprindere minutioasa. „Este cam ca distilarea unui whisky”, a spus el, dar de o mie de ori mai dificil. In cele din urma, asa cum au relatat in revista Nature in luna mai, au gasit ruteniu-100 in toate cele trei locatii, impreuna cu anomalii de heliu-3.

Horton a remarcat ca esantionul echipei este mic, asa ca rezultatele sunt „putin incerte”. Insa nimeni nu se indoieste de rigoarea lor.

Monstrii din regiunea Nucleu-Manta

Anomaliile de ruteniu fac dificila argumentarea faptului ca miezul nu prezinta, intr-un fel, scurgeri. Dar cum se intampla acest lucru? Exista deja o dezbatere aprinsa in comunitatea stiintifica.

Poate ca elementele din miez difuzeaza fizic peste granita dintre miez si manta, trecand de la o zona cu concentratie mare la una cu concentratie mica. Sau poate ca o reactie chimica de un anumit fel le dreneaza in mod activ din miez.

Contururile acestor obiecte — care sunt etichetate cu o serie de acronime stiintifice stangace, dar pe care multi cercetatori le numesc pur si simplu „aglomerari” — au fost observate la sfarsitul anilor 1970.

O harta seismica globala extrem de detaliata, creata in 1984, nu a lasat nicio indoiala: doua mase de marimea unui continent ocupa pana la 30% din limita dintre nucleu si manta, una dintre ele la mii de kilometri sub Africa, cealalta sub Pacific.

Multe aspecte ale lor sunt derutante. Trecerea lenta a undelor seismice prin ele sugereaza ca sunt extrem de fierbinti, dar si suficient de dense pentru a nu pluti in sus prin mantaua Pamantului.

O presupunere este ca sunt ramasitele unor placi tectonice de la suprafata Pamantului care s-au scufundat intacte in mantaua inferioara. O alta este ca sunt bucatile sfaramate ale unei protoplanete care s-a izbit de Pamantul mic acoperit de magma.

Nimeni nu stie. Mai sigur este insa faptul ca multe dintre panasele vulcanice ale Pamantului par sa provina din aceste doua aglomerari uriase.

Din ce sunt alcatuite cele doua aglomerari

In lumina studiului recent al lui Willbold, acest lucru implica faptul ca miezul ar putea trimite material la suprafata prin intermediul acestor aglomerari. Dar daca este asa, aglomerarile extrag in mod activ miezul sau se comporta mai degraba ca niste poduri?

Intelegerea materiei din care sunt alcatuite poate fi de ajutor. Rocile si magma contin cristale: granule formate dintr-o serie de compusi chimici diferiti.

Cristalele sunt oarecum ca particulele fundamentale ale geologiei. Daca vrei sa intelegi proprietatile oricarui lucru, de la o pietricica mica la o placa tectonica, trebuie sa examinezi cristalele sale si structura pe care o formeaza.

Cele doua aglomerari nu sunt diferite – asadar, ce tipuri de cristale au?

Intr-un studiu publicat in ianuarie in Nature, o echipa condusa de Sujania Talavera-Soza, seismolog la Universitatea Utrecht din Olanda, a analizat trecerea undelor seismice prin aceste aglomerari de cristal.

Cercetatorii au fost mai putin interesati de schimbarile de viteza si mai concentrati asupra modului in care aceste unde pierd energie.

O unda seismica care trece printr-un amestec de cristale mai mici pierde mai multa energie decat o unda care trece printr-o regiune plina de cristale mai mari.

Aglomerarile de cristal ale Pamantului par a fi pline de multe cristale mici; fiind cu cateva sute de grade mai fierbinti decat mantaua inconjuratoare, acestea ar trebui sa topeasca substante in timp ce se agita activ. Ambele aspecte ar trebui sa impiedice formarea cristalelor mari.

Echipa lui Talavera-Soza a vrut sa verifice aceasta teorie. Au examinat studii seismice preexistente ale mantalei inferioare pentru a vedea cum sunt slabite undele seismice pe masura ce trec prin aglomerari.

Spre surprinderea lor, undele seismice par sa piarda foarte putina energie in calatoriile lor, ceea ce sugereaza ca cele doua aglomerari sunt formate, la urma urmei, din cristale foarte mari.

Daca cercetarile viitoare le valideaza munca, ar putea insemna ca materialul din miezul planetei isi face drum in manta printr-un labirint de cristale mari – ceva ce ar putea lamuri de ce exista scurgeri si cum au loc acestea.

Ca intotdeauna, in aceasta etapa exista mult mai multe intrebari decat raspunsuri. Dar un lucru poate fi spus acum cu aproape certitudine: materia care s-a scufundat in centrul Pamantului, cand acesta era un vast ocean magmatic, acum miliarde de ani, erupe cumva sub un cer azuriu.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim!

---

Sursa: quantamagazine.org, sciencealert.com, nature.com.
Foto: Deposit Photos/Alamy, Samuel Velasco/Quanta Magazine, U.S. Geological Survey/Science Source, Maria Tsekhmistrenko.

---

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.