Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες δυσκολεύονταν να κατανοήσουν δύο τεράστιους και αινιγματικούς σχηματισμούς κρυμμένους βαθιά μέσα στον πλανήτη
Με δημοσίευση της στην επιθεώρηση «Nature Geoscience» ερευνητική ομάδα συνέδεσε ασυνήθιστες γεωλογικές δομές στα έγκατα της Γης με την… πυρίμαχη προέλευση του πλανήτη και τη μοναδική του ικανότητα να φιλοξενεί ζωή.
Για πολλά χρόνια, οι επιστήμονες δυσκολεύονταν να κατανοήσουν δύο τεράστιους και αινιγματικούς σχηματισμούς κρυμμένους βαθιά μέσα στον πλανήτη. Το τεράστιο μέγεθός τους και τα ασυνήθιστα χαρακτηριστικά τους καθιστούν δύσκολη τη συμφιλίωσή τους με τις παραδοσιακές ιδέες σχετικά με το πώς διαμορφώθηκε η Γη. Η νέα μελέτη παρουσιάζει μια πειστική νέα ερμηνεία αυτών των δομών και του τρόπου με τον οποίο μπορεί να επηρέασαν τη μακροπρόθεσμη κατοικησιμότητα της Γης.
Οι σχηματισμοί αυτοί γνωστοί ως «μεγάλες επαρχίες χαμηλής ταχύτητας διάτμησης και ζώνες υπερβολικά χαμηλής ταχύτητας» βρίσκονται στο όριο μεταξύ μανδύα και πυρήνα σχεδόν τρεις χιλιάδες χλμ. κάτω από την επιφάνεια. Οι μεν «επαρχίες» είναι τεράστιες περιοχές εξαιρετικά θερμού και πυκνού υλικού, μία κάτω από την Αφρική και μία κάτω από τον Ειρηνικό Ωκεανό. Οι ζώνες υπερβολικά χαμηλής ταχύτητας εμφανίζονται ως λεπτές, λιωμένες «κηλίδες» που κάθονται απευθείας πάνω στον πυρήνα, μοιάζοντας με λίμνες λάβας. Και οι δύο τύποι επιβραδύνουν σημαντικά τα σεισμικά κύματα, κάτι που δείχνει ότι η χημική τους σύσταση διαφέρει από εκείνη του υπόλοιπου μανδύα.
«Δεν είναι τυχαίες ιδιορρυθμίες. Είναι δακτυλικά αποτυπώματα της πρώιμης ιστορίας της Γης. Αν καταλάβουμε γιατί υπάρχουν, μπορούμε να καταλάβουμε πώς σχηματίστηκε ο πλανήτης μας και γιατί έγινε κατοικήσιμος» αναφέρει ο Γιοσινόρι Μιγιαζάκι επιστήμονας γεωδυναμικής στο αμερικανικό Πανεπιστήμιο Rutgers, επικεφαλής της μελέτης.
Ένας πλανήτης γεννημένος από έναν ωκεανό μάγματος
Σύμφωνα με τους ερευνητές η Γη ήταν καλυμμένη από έναν παγκόσμιο ωκεανό μάγματος πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Καθώς ο πλανήτης ψύχθηκε οι επιστήμονες περίμεναν ότι ο μανδύας θα αναπτυσσόταν σε διακριτά στρώματα διαφορετικής χημικής σύστασης, όπως όταν ο παγωμένος χυμός χωρίζεται σε ένα ζαχαρούχο και ένα υδαρές στρώμα. Ωστόσο σεισμικές παρατηρήσεις δείχνουν ότι τέτοια σαφής στρωμάτωση δεν σχηματίστηκε ποτέ.
Αντί γι’ αυτό, οι μεγάλες επαρχίες χαμηλής ταχύτητας διάτμησης και οι ζώνες υπερβολικά χαμηλής ταχύτητας συγκεντρώθηκαν ως ακανόνιστες συσσωρεύσεις κοντά στον πυθμένα του μανδύα. «Αυτή η αντίφαση ήταν το σημείο εκκίνησης. Αν ξεκινήσουμε από τον ωκεανό μάγματος και κάνουμε τους υπολογισμούς, δεν παίρνουμε αυτό που βλέπουμε σήμερα στον μανδύα της Γης. Κάτι έλειπε» λέει ο Μιγιαζάκι.
Οι συνεργάτες του κατέληξαν ότι το χαμένο κομμάτι είναι ο ίδιος ο πυρήνας. Το μοντέλο τους υποστηρίζει ότι με την πάροδο δισεκατομμυρίων ετών, στοιχεία όπως το πυρίτιο και το μαγνήσιο διέρρευσαν από τον πυρήνα στον μανδύα, αναμιγνύοντάς τον και εμποδίζοντας τον σχηματισμό ισχυρής χημικής στρωμάτωσης.
Αυτή η έγχυση υλικών θα μπορούσε να εξηγήσει τη μοναδική σύσταση των μεγάλων επαρχιών χαμηλής ταχύτητας διάτμησης και των ζωνών υπερβολικά χαμηλής ταχύτητας, που μπορεί να θεωρηθούν στερεοποιημένα υπολείμματα ενός «βασικού ωκεανού μάγματος» μολυσμένου από υλικό του πυρήνα. «Αυτό που προτείναμε είναι ότι ίσως προέρχεται από υλικό που διαρρέει από τον πυρήνα», είπε ο Miyazaki. «Αν προσθέσεις το συστατικό του πυρήνα, μπορείς να εξηγήσεις αυτό που βλέπουμε τώρα» αναφέρουν οι ερευνητές.
Επιπτώσεις για την εξέλιξη και την κατοικησιμότητα της Γης
Η ανακάλυψη αφορά κάτι περισσότερο από τη χημεία του εσωτερικού της Γης υποστηρίζει ο Μιγιαζάκι. Οι αλληλεπιδράσεις πυρήνα–μανδύα μπορεί να επηρέασαν τον ρυθμό ψύξης της Γης, την ηφαιστειακή δραστηριότητα και ακόμη και την εξέλιξη της ατμόσφαιρας. Αυτό θα μπορούσε να συμβάλει στο να κατανοήσουμε γιατί η Γη έχει ωκεανούς και ζωή, ενώ η Αφροδίτη είναι ένας καυτός θερμοκήπιος και ο Άρης μια παγωμένη έρημος.
«Η Γη έχει νερό, ζωή και μια σχετικά σταθερή ατμόσφαιρα», είπε. «Η ατμόσφαιρα της Αφροδίτης είναι εκατό φορές παχύτερη από της Γης και αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα, ενώ ο Άρης έχει πολύ λεπτή ατμόσφαιρα. Δεν κατανοούμε πλήρως γιατί συμβαίνει αυτό. Αλλά ό,τι συμβαίνει στο εσωτερικό ενός πλανήτη δηλαδή πώς ψύχεται, πώς εξελίσσονται τα στρώματά του μπορεί να αποτελεί μεγάλο μέρος της απάντησης».
Συνδυάζοντας σεισμικά δεδομένα, φυσική ορυκτών και γεωδυναμική μοντελοποίηση, η μελέτη επαναπροσδιόρισε τις μεγάλες επαρχίες χαμηλής ταχύτητας διάτμησης και τις ζώνες υπερβολικά χαμηλής ταχύτητας ως κρίσιμα στοιχεία για τις διαδικασίες διαμόρφωσης της Γης. Οι δομές αυτές μπορεί ακόμη να τροφοδοτούν ηφαιστειακά hotspot όπως η Χαβάη και η Ισλανδία, συνδέοντας το βαθύ εσωτερικό της Γης με την επιφάνειά της.
«Αυτή η εργασία είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του πώς ο συνδυασμός πλανητικής επιστήμης, γεωδυναμικής και φυσικής ορυκτών μπορεί να μας βοηθήσει να λύσουμε μερικά από τα αρχαιότερα μυστήρια της Γης. Η ιδέα ότι ο βαθύς μανδύας μπορεί ακόμη να διατηρεί τη χημική μνήμη των πρώιμων αλληλεπιδράσεων πυρήνα–μανδύα ανοίγει νέους δρόμους για την κατανόηση της μοναδικής εξέλιξης της Γης» αναφέρει Τζίε Νταγκ από το Πανεπιστήμιο Πρίνστον, συν-συγγραφέας της μελέτης.
Βασιζόμενοι σε αυτή την ιδέα, οι ερευνητές λένε ότι κάθε νέο στοιχείο βοηθά να συμπληρωθούν τα κενά στην πρώιμη ιστορία της Γης, μετατρέποντας διάσπαρτες ενδείξεις σε μια πιο καθαρή εικόνα της εξέλιξής της. «Ακόμη και με πολύ λίγες ενδείξεις, αρχίζουμε να χτίζουμε μια ιστορία που βγάζει νόημα. Αυτή η μελέτη μας δίνει λίγη παραπάνω βεβαιότητα για το πώς εξελίχθηκε η Γη και γιατί είναι τόσο ξεχωριστή» καταλήγει ο Μιγιαζάκι.
