Rastaljena vanjska jezgra Zemlje iz svemira

Rastaljena jezgra, koja se kovitla oko 2200 km ispod naših nogu, stvara Zemljino geomagnetsko polje dok se kreće. Mjerenjem malih promjena u magnetskom polju, znanstvenici su povijesno zaključivali da jezgra teče uglavnom prema zapadu.

No 2010. godine neočekivano je promijenio smjer duboko ispod Tihog oceana i počeo se snažno kretati prema istoku. Razlozi ovog neobjašnjivog preokreta u toku rastaljenog materijala još su uvijek misterij. No, sateliti, uključujući ESA-ine Swarm i CryoSat, pružili su podatke koji su sada analizirani i objavljeni.

Studija , objavljena u časopisu Journal of Studies of Earth's Deep Interior, analizira i zemaljska promatranja i satelitske podatke između 1997. i 2025. U studiji su korišteni podaci iz ESA-inih misija Swarm i Cryosat, kao i podaci iz njemačke misije CHAMP i misije Ørsted. Istraživanje je otkrilo da se 2010. godine široko područje tekućine bogate željezom ispod ekvatorijalnog Pacifika promijenilo od slabog kretanja prema zapadu do snažnog kretanja prema istoku.

Prije se smatralo da se vanjski sustav jezgre kreće na relativno stabilan način, no ova dramatična promjena toka sugerira da to nije uvijek slučaj. Studija pruža uvid u turbulentne procese koji generiraju Zemljino magnetsko polje i nagovještava moguće veze između dinamike vanjske jezgre i promjena koje se događaju dublje unutar planeta.

Vodeći autor studije, Frederik Dahl Madsen sa Sveučilišta u Edinburghu, Škole za geoznanosti, rekao je: „Veliki preokret toka ispod Tihog oceana postavlja nova pitanja o ponašanju duboke unutrašnjosti Zemlje. Znanstvenici sada žele razumjeti predstavlja li preokret kratkotrajnu fluktuaciju, dio ponavljajuće oscilacije ili novu stabilnu ravnotežu za cirkulaciju u jezgri. Kontinuirano praćenje bit će ključno kako bi se utvrdilo kako će se tok razvijati u nadolazećim godinama.“

Frederik je također objasnio da model korišten u istraživanju sugerira da je pacifički tok prema istoku oslabio od 2020., dodajući: „Porast snažnog istočnog toka u Pacifiku istodoban je s promjenom ponašanja u unutarnjoj jezgri, što je zaključeno iz geodezije i seizmologije, a pretpostavljamo da su te promjene u dubokoj unutrašnjosti povezane s promjenama toka ispod Pacifika.“

Zemljino magnetsko polje generira se kretanjem tekuće vanjske jezgre, gdje električno vodljivo rastaljeno željezo cirkulira oko čvrste unutarnje jezgre. Ovaj geodinamo se stalno razvija, ali mnogi njegovi dugoročni obrasci toka činili su se relativno postojanima tijekom desetljeća promatranja.

Lansirana 2013. godine, tri Swarm satelita nose visokoosjetljive magnetometre sposobne za mapiranje Zemljinog magnetskog polja s iznimnom preciznošću. Leteći u pažljivo koordiniranim orbitama, sateliti mogu razlikovati magnetske signale koji potječu iz jezgre od onih koje proizvode kora, oceani, ionosfera i magnetosfera.

Ova opažanja omogućila su istraživačima da rekonstruiraju obrasce toka na granici jezgre i plašta te identificiraju nagle promjene povezane s pacifičkim obratom i geomagnetskim trzajem iz 2017. godine .

Prema riječima Anje Stromme, voditeljice misije Swarm u ESA-i, dugoročni skup podataka koje je pružio Swarm važan je za ovu studiju. Napomenula je: „Iako je Swarm lansiran nakon dramatičnog događaja preokreta 2010. godine, pružio je visokoprecizne podatke koji nam govore o Zemljinoj unutarnjoj jezgri u razdoblju koje je uslijedilo. Važno je da Swarm pruža kontinuiranu globalnu pokrivenost tijekom mnogo godina, omogućujući znanstvenicima da prate kako se dinamika jezgre razvija tijekom vremena, umjesto da se oslanjaju samo na zemaljske magnetske opservatorije. Dugotrajna satelitska magnetska mjerenja omogućuju istraživačima da prate promjene u geodinamu u gotovo stvarnom vremenu i poboljšaju modele evolucije Zemljinog magnetskog polja. Buduća promatranja iz misija poput Swarma igrat će ključnu ulogu.“

Satelitski podaci također su omogućili istraživačima da otkriju valovita ubrzanja i brzo promjenjive strukture toka koje bi inače ostale skrivene unutar bučnijih skupova podataka. Studija također sugerira da bi tok prema istoku sada mogao ponovno slabiti nakon što je dosegao vrhunac prije nekoliko godina, što povećava mogućnost da događaj predstavlja privremenu oscilaciju ili dio duljeg prirodnog ciklusa u dinamici jezgre.

Iako se ovi procesi odvijaju daleko ispod Zemljine površine i ne predstavljaju opasnost za ljude ili klimu, oni su temeljni za razumijevanje načina na koji naš planet funkcionira. Kretanje tekućeg željeza u vanjskoj jezgri stvara Zemljino magnetsko polje, koje štiti planet od nabijenih čestica koje struje sa Sunca. Bez njega, Zemljina atmosfera i tehnološka infrastruktura bile bi daleko više izložene štetnom sunčevom zračenju.

Magnetsko polje nije fiksno. Ono se polako mijenja tijekom vremena kako se tok u jezgri razvija, utječući na sve, od navigacijskih sustava do rada svemirskih letjelica i modela svemirskog vremena blizu Zemlje. Razumijevanje kako i zašto se jezgra mijenja stoga je važno i znanstveno i praktično.

Prema Elisabetti Iorfidi, znanstvenici ESA-ine misije Swarm, pacifički obrat dovodi u pitanje pretpostavke da u vanjskoj jezgri dominira stabilna cirkulacija prema zapadu. Napomenula je: „Ova studija pokazuje da se regionalne promjene mogu brzo pojaviti unutar samo desetljeća. Nalazi bi također mogli pomoći znanstvenicima da istraže moguće interakcije između Zemljine vanjske jezgre, unutarnje jezgre i donjeg plašta te stoga dati više uvida u granicu jezgre i plašta, što je ključno područje za duboku Zemljinu dinamiku.“

Ovo istraživanje postavlja intrigantna pitanja o tome kako su najdublji slojevi Zemlje dinamički povezani. Kako se magnetsko polje nastavlja razvijati, satelitske misije pružaju sve detaljniji pogled na dinamičke procese koji se odvijaju duboko u našem planetu, otkrivajući da bi Zemljina jezgra mogla biti daleko varijabilnija i složenija nego što se prije vjerovalo.