A Föld belsejében zajló folyamatok gyakran csendben, de elképesztő erővel formálják a felszínen érzékelhető világunkat. Egy friss elemzés szerint a köpeny és a mag közötti határövezetben egy eddig félreértett, kiterjedt jelenség húzódik. A kép lassan élesedik: a bolygó mélye nem homogén, hanem foltokban megváltozott összetételű és dinamikájú. Ez a felismerés új kérdéseket vet fel arról, hogyan születik a mágneses tér, miként kering a hő, és mi tartja mozgásban a földi lemezeket.
Mi lehet ez a rejtett réteg?
A jelek szerint a mag–köpeny határán mozaikszerű, sűrű, vasban gazdag zónák ülnek. Ezeket a szeizmikus hullámok különösen lassú terjedése árulja el, ezért hívják „ultraalacsony sebességű tartományoknak”. Egyes helyeken a foltok összeérnek, és gigantikus képleteket alkotnak, amelyek hatással lehetnek a felettük emelkedő köpenyoszlopokra. Több csapat a „bazális magma-óceán” ősi maradványát sejti itt, egy valaha részben megolvadt, kémiailag levált réteget. Mások szerint vulkanikus újrahasznosítás terméke: lesüllyedt, vasban dús kéregdarabok és üledékek keveréke a forró köpeny környezetében.
„A mérések olyan mintázatot rajzoltak ki, amely nem illeszkedik semmilyen egyszerű modellhez” – mondja egy kutató, aki a globális adatbázist elemezte. „Vagy új ásványfázisok, vagy radikálisan inhomogén kémiák magyarázhatják a látott anomáliákat.”
Hogyan bukkantak rá?
A földrengéshullámok kifinomult elemzése mutatta meg a kép árnyalatait. Nagy földrengések farokrezgéseit és többször visszaverődő jeleket hasonlítottak össze, majd 3D tomográfiával vázolták a struktúrákat. Ahol a P- és S-hullámok hirtelen lassultak, ott valami sűrű, részben megolvadt vagy kémiailag eltérő anyag ülhet. A technika előnye, hogy a Föld teljes gömbjét „átvilágítja”, bár mozaikos lefedéssel és bizonytalanságokkal. Az utóbbi években az óceáni fenékre telepített szeizmométerek és a gépi tanulásos jelfeldolgozás áttörései segítettek a rejtett zónák pontosabb térképezésében.
„Az adataink nem csak új foltokat mutattak, hanem összefüggő rendszert is” – teszi hozzá egy másik szerző. „Úgy tűnik, a köpeny alján létezhet egy vékony, rétegzett kéregféle, amely a Föld legmélyebb anyagtára.”
Miért számít ez?
Ha a mag–köpeny határán a hőáram térben szabálytalan, az a folyékony külső mag áramlásait is átrendezheti. Ez befolyásolja a geodinamót, vagyis a bolygó mágneses erőterének keletkezését és időbeli ingadozásait. A felszín felé tekintve a forró pontok – például Hawaii vagy Izland – mögött álló köpenyoszlopok forrása is összefügghet ezekkel a mély foltokkal. A kémiai inhomogenitás azt is jelzi, hogy a Föld „újrahasznosítja” az óceáni kérget, és az anyagkörforgás mélyebb és lassabb, mint hittük.
- A hőáram térképe átrajzolhatja a geomágneses változások értelmezését, a vándorló pólusoktól a gyengülési epizódokig.
- A köpenyoszlopok indulási zónái a mély foltokhoz köthetők, befolyásolva a hosszú távú vulkáni ív-aktivitást.
- A kémiai rétegzettség lassíthatja a köpeny keveredését, megőrizve az ősi izotópos jeleket.
Mit írhatnak át a tankönyvek?
A korábbi képet – egy viszonylag simán konvektáló alsó köpenyről – egy sokkal tagoltabb világ váltja. A post-perovszkit nevű ásványfázis a nagy nyomáson másként vezeti a hőt, és befolyásolja a szeizmikus sebességeket. Ha pedig valóban létezik egy ősi, részben megolvadt réteg, az magyarázza, miért maradnak fenn különös izotópjelek bizonyos bazaltokban. A képbe illik az is, hogy a belső mag növekedése nem tökéletesen szimmetrikus, ami a hőáram térbeli ingadozásait sejteti a mélyben.
„Mintha a Föld alján egy térkép heverne, amelyet eddig rossz fényben néztünk” – fogalmaz egy geofizikus. „Más szögből a foltok útvonalak, a csendes zónák pedig kulcsfontosságú csomópontok.”
Ez a nézőpont azt is jelenti, hogy a lemeztektonika ritmusát mélyben ülő peremfeltételek szabják meg. Ha a mag–köpeny határán változik a hő- és anyagfluxus, az hosszú skálán alakíthatja a felszín széttöredezését, kontinensek vándorlását és a szuperkontinensek összeállásának ciklusait.
Merre tovább a kutatás?
A laboratóriumban gyémántcellás kísérletek futnak, hogy megmérjék a releváns ásványok hő- és elektromos vezetését extrém körülmények között. A számítógépes anyagmodellezés kvantumos számításokkal becsüli a sűrűség és olvadáspont változásait, hogy jobban illesszék a szeizmikus adatokat. A terepen sűrűbb óceáni műszerezés, tengerfenéki állomások és hosszú élettartamú bóják adhatnak tisztább jeleket. A geomágneses megfigyelések finomítása – műholdas és földi hálózatokkal – segít összekötni a mély hőáram és a tér időszerű változásait.
A nyitott adatok és a modell-megosztás új ritmust ad a közös munkának. A cél nem egyetlen végső magyarázat, hanem egy rugalmas, többforrású kép felépítése, amely képes kezelni a Föld mélyének összetett valóságát.
Talán ezért izgalmas ez a fejlemény: hirtelen kiderül, hogy a bolygónk „szívdobbanása” nem egyenletes, hanem szinkópált, mély, lassú ütemekből épül. A felszínen ezt csak néha halljuk – egy vulkán felmorajlásában, a pólusok apró táncában –, de a zenekar odalent játszik, és mi most kezdtük érteni a kottát.