Wnioski na temat topniejącego zewnętrznego jądra Ziemi z perspektywy kosmosu
Płynne żelazo obecne w zewnętrznym jądrze Ziemi nie zawsze zachowuje się tak, jakbyśmy się spodziewali. Gdy nagle odwróciło kierunek ruchu w sposób nieoczekiwany, dane o przepływie dostarczyły satelity ESA, co pomaga naukowcom lepiej zrozumieć dynamikę wnętrza naszej planety.
Rdzeń topniejący, znajdujący się na głębokości około 2200 km pod naszymi stopami, generuje pole magnetyczne Ziemi w miarę swojego ruchu. Dzięki obserwacji drobnych zmian pola magnetycznego naukowcy od dawna wysnuwają wnioski, że przepływ przeważnie kieruje się na zachód.
Jednak w 2010 roku pod Oceanem Spokojnym kierunek odwrócił się i mocno przemieścił na wschód. Powody tej niewyjaśnionej zmiany przepływu topiącego się materiału pozostają zagadką. Satelity, w tym Swarm i CryoSat ESA, dostarczyły dane, które teraz poddano analizie i opublikowano.
Badanie, opublikowane w Journal of Studies of Earth's Deep Interior, analizuje zarówno obserwacje terenowe, jak i dane satelitarne z lat 1997-2025. Dane z misji Swarm i CryoSat ESA, a także dane z niemieckich misji CHAMP i ?rsted, zostały uwzględnione w badaniu. Wyniki wskazują, że w 2010 roku rozległy obszar płynów bogatych w żelazo pod równikowym Pacyfikiem przeszedł od słabego ruchu w kierunku zachodnim do silniejszego ruchu na wschód.
System zewnętrznego jądra dotąd uważano za stosunkowo stabilny - ta dramatyczna zmiana przepływu sugeruje, że takie zachowanie nie musi być regułą. Badanie daje wgląd w burzliwe procesy generujące pole magnetyczne Ziemi i sugeruje możliwe powiązania między dynamiką jądra a procesami zachodzącymi głęboko w planecie.
Główny autor pracy, Frederik Dahl Madsen z University of Edinburgh - School of Geosciences, powiedział: "Duże odwrócenie przepływu pod Pacyfikiem rodzi nowe pytania dotyczące zachowania głębokiego wnętrza Ziemi. Naukowcy chcą teraz ustalić, czy ten odwrót to krótkotrwała fluktuacja, część powtarzającej się oscylacji, czy nowa stabilna równowaga dla krążenia jądra. Kontynuowane monitorowanie będzie niezbędne, aby zobaczyć, jak przepływ będzie rozwijał się w nadchodzących latach."
Frederik dodał również, że model użyty w analizach sugeruje, iż wschodni przepływ w rejonie Pacyfiku osłabł od 2020 roku, dodając: "Wzrost silnego wschodniego przepływu na Pacyfiku idzie w parze ze zmianami w jądrze wewnętrznym, co znajduje odzwierciedlenie w geodezji i sejsmologii, i hipotezujemy, że te zmiany w głębokim wnętrzu są związane ze zmianami przepływu pod Pacyfikiem."
Pole magnetyczne Ziemi powstaje w wyniku ruchu w płynnym zewnętrznym jądrze, gdzie przewodzące prąd topiące się żelazo krąży wokół stałego jądra wewnętrznego. Ten geodynamo nieustannie ewoluuje, lecz wiele długoterminowych wzorców przepływu wydaje się dość trwałych przez dekady obserwacji.
Uruchomione w 2013 roku trzy satelity Swarm niosą wysoce czułe magnetometry zdolne do mapowania pola magnetycznego Ziemi z wyjątkową precyzją. Latając w starannie skoordynowanych orbitach, satelity mogą odróżnić sygnały magnetyczne pochodzące z jądra od tych wytwarzanych przez skorupę, oceany, jonosferę i magnetosferę.
Te obserwacje umożliwiły naukowcom odtworzenie ewoluujących wzorców przepływu na granicy jądro-płaszcz i zidentyfikowanie nagłych zmian związanych z odwróceniem w regionie Pacyfiku oraz geomagnetycznym szarpnięciem z 2017 roku.
Według Anji Stromme, kierowniczki misji Swarm ESA, długoterminowy zestaw danych dostarczony przez Swarm jest kluczowy dla tego badania. Zauważyła: "Chociaż Swarm został uruchomiony po dramatycznym odwróceniu w 2010 roku, dostarczył dane o wysokiej precyzji, które mówią nam o wewnętrznym jądrze Ziemi w okresie, który nastąpił po tym."
"Co ważne, Swarm zapewnia ciągłe globalne pokrycie przez wiele lat, pozwalając naukowcom śledzić, jak dynamika jądra ewoluuje w czasie, a nie polegać wyłącznie na naziemnych magnetycznych obserwatoriach. Długotrwałe pomiary magnetyczne satelitów umożliwiają badaczom śledzenie zmian w geodynamo niemal w czasie rzeczywistym i ulepszanie modeli ewolucji pola magnetycznego Ziemi. Przyszłe obserwacje z misji takich jak Swarm odegrają kluczową rolę."
Dane satelitarne umożliwiły również badaczom wykrycie falowych przyspieszeń i szybko zmieniających się struktur przepływu, które innymi drogami mogłyby pozostawać ukryte w bardziej zaszumionych zestawach danych. Badanie sugeruje również, że wschodni przepływ może teraz ponownie osłabnąć po osiągnięciu szczytu kilka lat temu, co podnosi możliwość, że zdarzenie to reprezentuje tymczasową oscylację lub część dłuższego naturalnego cyklu w dynamice jądra.
Chociaż te procesy zachodzą głęboko pod powierzchnią Ziemi i nie stanowią zagrożenia dla ludzi ani klimatu, są kluczowe dla zrozumienia, jak działa nasza planeta. Ruch płynnego żelaza w zewnętrznym jądrze generuje pole magnetyczne Ziemi, które chroni planetę przed naładowanymi cząstkami płynącymi ze Słońca. Bez niego atmosfera Ziemi i infrastruktura technologiczna byłyby znacznie bardziej narażone na szkodliwe promieniowanie słoneczne.
Pole magnetyczne nie jest stałe. Powoli zmienia się w czasie, gdy przepływ w jądrze ewoluuje, wpływając na wszystko, od systemów nawigacyjnych po operacje statków kosmicznych i modele pogody kosmicznej w pobliżu Ziemi. Zrozumienie, jak i dlaczego jądro się zmienia, ma znaczenie zarówno naukowe, jak i praktyczne.
Według Elisabetty Iorfidy, badaczki misji Swarm w ESA, odwrót na Pacyfiku podważa założenie, że zewnętrzne jądro z natury dominuje stabilną cyrkulację zachodnią. Zauważyła: "To badanie pokazuje, że regionalne zmiany mogą pojawiać się szybko w zaledwie dekadzie. Wyniki mogą także pomóc naukowcom badać możliwe interakcje między zewnętrznym jądrem Ziemi, jądrem wewnętrznym, dolnym płaszczem i granicą jądro-płaszcz, która stanowi kluczowy obszar głębokiej dynamiki Ziemi."
"Niniejsze badanie rodzi intrygujące pytania o to, jak najgłębsze warstwy Ziemi są ze sobą powiązane. W miarę jak pole magnetyczne nadal się rozwija, misje satelitarne dostarczają coraz wyraźniejszego obrazu procesów zachodzących głęboko w naszej planecie, sugerując, że jądro Ziemi może być znacznie bardziej zmienne i złożone, niż wcześniej sądzono."
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
