Nowe badania unijne przedstawiają światu precyzyjne oszacowanie prędkości obrotowej jądra Ziemi, sugerując że jest znacznie mniejsza niż dotychczas sądzono. Niemniej jądro obraca się i tak szybciej niż pozostała część planety. Okrycia zaprezentowane w czasopiśmie Nature Geoscience stanowią dorobek projektu EARTH CORE STRUCTURE (Stan termiczny i strukturalny wewnętrznego jądra Ziemi na podstawie niesejsmicznych oscylacji), który został dofinansowany w formie grantu dla początkujących naukowców o wartości 1,2 mln EUR przyznanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (ERBN) z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR). Informacje te umożliwią korektę wartości wykorzystywanych zwykle w modelach, co do których przyjmowano wcześniej wyższe tempo rotacji jądra. Jeżeli modele opierały się na nieprawidłowych założeniach, wszystkie wcześniejsze obliczenia trzeba będzie skorygować w oparciu o nową wiedzę i dane.

Naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge, Wlk. Brytania, twierdzą że wcześniejsze szacunki dotyczące obracania się jądra o jeden stopień rocznie szybciej niż pozostała część planety były tak naprawdę błędne. Na podstawie ich danych jądro porusza się w rzeczywistości o około jeden stopień szybciej na milion lat. Zespół obliczył tempo rotacji na podstawie zmiany granic jądra i tempa powiększania się jądra wewnętrznego.

Kierowniczka badań, Lauren Waszek, doktorantka z Wydziału Nauk o Ziemi Uniwersytetu Cambridge, stwierdziła: "Szybsze tempo rotacji jest niezgodne z zaobserwowanymi półkulami jądra wewnętrznego, ponieważ zmiany nie miałyby wystarczającej ilości czasu, aby zastygnąć w strukturę. To stanowiło wcześniej główny problem, gdyż te dwie charakterystyki nie mogą ze sobą współistnieć. Natomiast my wywiedliśmy tempo rotacji z ewolucji struktury półkulistej, dzięki czemu w naszych badaniach po raz pierwszy półkule i rotacja są z natury zgodne."

Naukowcy wiedzą, że wewnętrzne jądro powiększa się, kiedy materiał z płynnego, zewnętrznego jądra krzepnie na jego powierzchni. Kiedy tak się dzieje, mówią naukowcy, półkulista różnica pod względem szybkości wschód-zachód zastyga w strukturę wewnętrznego jądra.

Wykorzystując fale sejsmiczne, które przechodzą przez wewnętrzne jądro, zespół ocenił różnicę między czasem przepływu tych fal a falami odbitymi od powierzchni wewnętrznego jądra planety. To pomogło naukowcom określić strukturę prędkości górnych 90 kilometrów jądra wewnętrznego. Wykorzystali te informacje do ustalenia prędkości półkul wschodniej i zachodniej tego jądra.

"Stałe jądro Ziemi zostało po raz pierwszy odkryte w czasie obserwacji PKiKP, fali sejsmicznej, która przepływa przez płaszcz i zewnętrzne jądro przed odbiciem się od ostrej granicy jądra wewnętrznego" - czytamy w artykule. Zbudowane głównie z żelaza, jądro wewnętrzne powiększa się dzięki krzepnięciu materiału jądra zewnętrznego na powierzchni granicznej jądra wewnętrznego wraz z ochładzaniem się planety. To przekłada się na starszą, głębszą strukturę.

"Chociaż toczą się dyskusję nad historią termiczną jądra wewnętrznego, jego górna struktura jest wynikiem procesów zachodzących w niedawnej przeszłości, o której wiemy stosunkowo najwięcej" - stwierdzają naukowcy. "Powstająca w ten sposób czasowa zmienność głębokości górnego jądra wewnętrznego stanowi klucz do badania każdego zmiennego środowiska w granicznym rejonie jądra wewnętrznego powiązanego z superrotacją tego jądra."

Znajdujące się 5200 kilometrów pod powierzchnią Ziemi jądro wewnętrzne ma ogromne znaczenie dla powierzchni planety. Ciepło uwalniane w czasie krzepnięcia - i powiększania się jądra wewnętrznego - podsyca konwekcję płynu jądra zewnętrznego. Konwekcja jest odpowiedzialna za wytwarzanie pola geomagnetycznego planety, co z kolei zapewnia nam ochronę przez promieniowaniem słonecznym i w ostatecznym rozrachunku chroni życie na Ziemi.

"Ten wynik to pierwsza obserwacja tak powolnego tempa rotacji jądra wewnętrznego" - zauważa Waszek. "Zapewnia zatem potwierdzoną wartość, którą można teraz wykorzystać w symulacjach do modelowania konwekcji płynnego jądra zewnętrznego Ziemi, dostarczając nam dodatkowych danych na temat ewolucji naszego pola magnetycznego."

© Unia Europejska 2005-2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Waszek, L., et al. (2011) Reconciling the hemispherical structure of Earth's inner core with its super-rotation. Nature Geoscience, publikacja internetowa z dnia 20 lutego. DOI: 10.1038/ngeo1083.