Fantastiškas atradimas: po Rusija ir Kanada aptiktos skystos geležies upės

Ši sraujymė pirmą kartą aptikta, iš kosmoso registruojant magnetinį lauką 3 000 kilometrų gylyje po Šiaurės Amerika ir Rusija.

~420 kilometrų pločio sraujymės greitis nuo 2000-ųjų metų patrigubėjo, ir ji dabar teka į vakarus 40 – 45 kilometrų per metus greičiu, giliai po Sibiru link Europos (žr. diagramą, žemiau). Tai yra tris kartus greičiau, nei tipiškas skysčio greitis išoriniame branduolyje.

„Daugiau žinome apie Saulę, nei apie Žemės branduolį”

Kol kas dar niekas nežino, kodėl srovė paspartėjo, bet šias sraujymes atradusi komanda mano, kad tai yra gamtos reiškinys, kuriam bent jau milijardas metų, ir jis gali padėti suprasti, kaip formuojasi mus nuo Saulės vėjų saugantis Žemės magnetinis laukas.

Tiesiai į šerdį

„Tai itin nuostabus atradimas,” pažymi komandai vadovavęs Phil Livermore iš Leedso universiteto. „Žinojome, kad skystas branduolys juda, bet iki šiol mūsų stebėjimų nepakako, kad galėtume išvysti šią svarbią sraujymę .”

„Daugiau žinome apie Saulę, nei apie Žemės branduolį,” sako kitas komandos narys, Chris Finlay, iš Danijos technikos universiteto Kongens Lyngby. „Šios sraujymės atradimas yra jaudinantis žingsnis, padedantis daugiau sužinoti apie mūsų planetos vidinę sandarą ir veikimą.”

Šis atradimas tapo įmanomas dėl 2013 metais paleisto Europos kosmoso agentūros (ESO) palydovų trejeto, pavadinto Swarm bendrų pastangų. Iš orbitos jie gali išmatuoti magnetinio lauko kitimus 3000 kilometrų gylyje po Žemės paviršiumi, kur išsilydęs branduolys susitinka su kieta mantija.

„Naudodami visus tris [palydovus], galėjome atmesti kitus magnetinius laukus, pavyzdžiui, jonosferos ir plutos, ir taip gauti iki šiol ryškiausią vien branduolio ir mantijos sandūroje vykstančių fluktuacijų vaizdą,” sako Livermore'as.

Naujus duomenis suvedusi į modelius, komanda sugebėjo išsiaiškinti fluktuacijų pokyčius.

Neregima upė

Žemės magnetinį lauką kuria išorinį branduolį sudarančios skystos geležies judėjimas, tad magnetinio lauko tyrimai gali atskleisti jį formuojančio branduolio detales.

Sraujymės atrastos, sekant dvi stambias, bet neįprastai stiprias magnetinio srauto vietas branduolio ir mantijos paribyje, po Kanada ir Sibiru, bet judančias su skystos geležies tėkme. Kadangi jų judėjimas galėjo rastis tik dėl fizinio išsilydžiusios geležies judėjimo, šios vietos buvo kaip žymekliai, pagal kuriuos tyrėjai galėjo sekti geležies tėkmę.

Livermore'as palygina tai su upės sekimu naktį, stebint paviršiuje plaukiančias degančias žvakes. „Judėdama geležis su savimi velka ir magnetinį lauką,” sako jis. „Negalime matyti pačios geležies tėkmės, tik magnetinio srauto sričių judėjimą.”

Jis sako, kad gali būti ir pietinis sraujymės atitikmuo, bet kadangi pietuose nėra aptikta galimų sekti magnetinio srauto sričių, ten negalima geomagnetiškai stebėti jokių magmos sraujymių.

Besisukantys cilindrai

Livermore'as su kolegomis sako, kad sraujymę sukuria išsilydžiusios geležies judėjimas apie vidinį, kietą branduolį.

Prie vidinio branduolio, išoriniame branduolyje, yra lygiagretūs besisukančios skystos geležies cilindrai. Kur šie besisukantys cilindrai susiduria su kietu branduoliu ir prisiploja, jie veikia kaip plentvoliai, išspausdami išlydytą geležį į šonus ir taip sukurdami sraujymes.

Taip randasi ir juda du magnetinio lauko srautai, kuriuos palydovai užfiksavo ir sekė.

O štai kodėl sraujymė greitėja, tebėra neaišku. Tai gali būti susiję su vidinio branduolio sukimusi, kuris, kaip išsiaiškinta 2005 metais, sukasi šiek tiek greičiau, nei Žemės pluta, sako Xiaodong Song iš Ilinojaus universiteto, Champaign.

Xiaodong buvo vienas iš narių komandos, kuri, naudodama seismologinius duomenis, 2005 metais ir padarė šį atradimą. „Jeigu seismologinius ir geomagentinius stebėjimus galima susieti bendru skystame branduolyje vykstančiu procesu, tai išties nuostabu,” sako jis.

Livermore'as mano, kad sraujymių spartėjimas vysta dėl magnetinių laukų stūmos. Geležies tėkmė kuria magnetinį lauką, bet, pažymi jis, magnetinis laukas nelieka skolingas ir keičia geležies tėkmę.

„Suprasdami, kaip kuriamas magnetinis laukas, suprasime, kaip jis kinta ir kada susilpnės ir pasikeis“

Sraujymės tyrimai turėtų suteikti geofizikams geresnį supratimą apie planetos branduolio sandarą, ir Žemės magnetinio lauko stiprumą lemiančius faktorius.

Ašigalių apsikeitimas

„Suprasdami, kaip kuriamas magnetinis laukas, suprasime, kaip jis kinta ir kada susilpnės ir pasikeis,” sako Livermoreas.

Kiti geofizikai Livermore'ui pritaria. „Kuo geriau suprantame branduolio kitimus įvairiais laiko ir erdvės masteliais, tuo daugiau galime tikėtis suprasti mūsų magnetinio lauko pradžią, atsinaujinimą ir ateitį,” sako William Brown iš Britanijos geologinių stebėjimų geomagnetizmo komandos.

Žemės magnetinis laukas dabar, panašu, silpnėja, ypač – nuo maždaug 1840-ųjų, maždaug 5% per šimtmetį sparta. Magmos srautas turėtų padėti fizikams tiksliau numatyti, ar, ir kada, planetos magnetiniai laukai apsivers, ir magnetiniai šiaurės ir pietų poliai apsikeis vietomis, kaip tai nutinka kas keletą tūkstančių metų.

O palydovinė stebėjimo sistema atvėrė naują langą, per kurį giliai Žemės branduolyje vykstantį skystos geležies judėjimą galime stebėti „tiesiogiai”, sako Xiaodongas.

Andy Coghlan
newscientist.com

Žurnalo nuoroda: Nature Geoscience, DOI: 10.1038/NGEO2859