Εγγραφείτε στο επιστημονικό ενημερωτικό δελτίο του CNN στο Wonder Theory. Εξερευνήστε το σύμπαν με νέα σχετικά με συναρπαστικές ανακαλύψεις, επιστημονικές προόδους και πολλά άλλα.
Βαθιά μέσα στη Γη υπάρχει μια τεράστια μεταλλική μπάλα που περιστρέφεται ανεξάρτητα από τον περιστρεφόμενο πλανήτη μας, σαν μια κορυφή που περιστρέφεται μέσα σε μια μεγαλύτερη κορυφή – ένας κόσμος τυλιγμένος στο μυστήριο.
Αυτός ο εσωτερικός πυρήνας έχει συναρπάσει τους ερευνητές από τότε που ανακαλύφθηκε από έναν Δανό σεισμολόγο Inge Lehmann το 1936, και το πώς κινείται – η ταχύτητα και η κατεύθυνση περιστροφής του – ήταν το επίκεντρο μιας συζήτησης δεκαετιών. Τα αυξανόμενα στοιχεία δείχνουν ότι η περιστροφή του πυρήνα έχει αλλάξει δραματικά τα τελευταία χρόνια, αλλά οι επιστήμονες παραμένουν διχασμένοι σχετικά με το τι ακριβώς συμβαίνει — και τι σημαίνει αυτό.
Μέρος του προβλήματος είναι ότι το εσωτερικό της Γης δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα ή να ληφθεί δείγμα. Οι σεισμολόγοι έχουν αποκτήσει πληροφορίες για την κίνηση του εσωτερικού πυρήνα της Γης μελετώντας πώς συμπεριφέρονται τα κύματα από μεγάλους σεισμούς που έπληξαν αυτήν την περιοχή. Οι διαφορές μεταξύ κυμάτων παρόμοιας ισχύος που πέρασαν από τον πυρήνα σε διαφορετικούς χρόνους επέτρεψαν στους επιστήμονες να μετρήσουν τις αλλαγές στη θέση του εσωτερικού πυρήνα και να υπολογίσουν την περιστροφή του.
«Η διαφορική περιστροφή του εσωτερικού πυρήνα προτάθηκε ως φαινόμενο ήδη από τις δεκαετίες του 1970 και του 1980, αλλά μόλις τη δεκαετία του 1990 δημοσιεύτηκαν σεισμολογικά στοιχεία», είπε ο Δρ. Lauren Waszek, λέκτορας φυσικής στο Πανεπιστήμιο James Cook στην Αυστραλία.
Αλλά οι ερευνητές διαφώνησαν σχετικά με τον τρόπο ερμηνείας αυτών των αποτελεσμάτων, “κυρίως λόγω της πρόκλησης να γίνουν λεπτομερείς παρατηρήσεις του εσωτερικού πυρήνα επειδή είναι μακριά και λίγα δεδομένα είναι διαθέσιμα”, είπε ο Waszek. Ως αποτέλεσμα, «οι μελέτες που έγιναν τα επόμενα χρόνια και δεκαετίες διαφωνούν ως προς τον ρυθμό περιστροφής καθώς και την κατεύθυνση σε σχέση με τον μανδύα», πρόσθεσε. Κάποιες αναλύσεις κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο πυρήνας δεν περιστρεφόταν καθόλου.
Ένα πολλά υποσχόμενο μοντέλο από το 2023 περιγράφει έναν εσωτερικό πυρήνα που είχε περιστραφεί πιο γρήγορα από την ίδια τη Γη στο παρελθόν, αλλά τώρα περιστρέφεται πιο αργά. Για ένα διάστημα, ανέφεραν οι επιστήμονες, η περιστροφή του πυρήνα αντιστοιχούσε στην περιστροφή της Γης. Στη συνέχεια επιβραδύνθηκε ακόμη περισσότερο έως ότου ο πυρήνας κινούνταν προς τα πίσω σε σχέση με τα περιβάλλοντα στρώματα ρευστού.
Εκείνη την εποχή, ορισμένοι ειδικοί προειδοποίησαν ότι χρειάζονταν περισσότερα δεδομένα για να υποστηρίξουν αυτό το συμπέρασμα, και τώρα μια άλλη ομάδα επιστημόνων έχει παράσχει νέα συναρπαστικά στοιχεία για αυτήν την υπόθεση σχετικά με τον ρυθμό περιστροφής του εσωτερικού πυρήνα. Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στις 12 Ιουνίου στο περιοδικό Nature, όχι μόνο επιβεβαιώνει την επιβράδυνση του πυρήνα, αλλά υποστηρίζει επίσης την πρόταση του 2023 ότι αυτή η βασική επιβράδυνση είναι μέρος ενός μοτίβου επιβράδυνσης και επιτάχυνσης για δεκαετίες.
Τα νέα ευρήματα επιβεβαιώνουν επίσης ότι οι αλλαγές στην ταχύτητα περιστροφής ακολουθούν έναν κύκλο 70 ετών, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Dr. John Vidale, κοσμήτορας καθηγητής γεωεπιστημών στο Dornsife College of Letters, Arts and Sciences του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνια.
«Μαλώνουμε για αυτό εδώ και 20 χρόνια, και νομίζω ότι αυτό το συνοψίζει», είπε ο Vidale. «Νομίζω ότι τερματίσαμε τη συζήτηση σχετικά με το αν ο εσωτερικός πυρήνας κινείται και ποιο μοτίβο ήταν εμφανές τις τελευταίες δεκαετίες».
Ωστόσο, δεν είναι όλοι πεπεισμένοι ότι το θέμα έχει επιλυθεί και το ερώτημα πώς μια επιβράδυνση του εσωτερικού πυρήνα της Γης θα μπορούσε να επηρεάσει τον πλανήτη μας εξακολουθεί να είναι ένα ανοιχτό ερώτημα – αν και ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι το μαγνητικό πεδίο της Γης θα μπορούσε να παίξει κάποιο ρόλο.
Μαγνητική έλξη
Θαμμένος περίπου 5.180 χιλιόμετρα βαθιά μέσα στη Γη, ο εσωτερικός πυρήνας του στερεού μετάλλου περιβάλλεται από έναν εξωτερικό πυρήνα υγρού μετάλλου. Ο εσωτερικός πυρήνας αποτελείται κυρίως από σίδηρο και νικέλιο και εκτιμάται ότι είναι τόσο ζεστός όσο η επιφάνεια του Ήλιου – περίπου 5.400 βαθμοί Κελσίου.
Το μαγνητικό πεδίο της Γης έλκει αυτή τη συμπαγή σφαίρα από καυτό μέταλλο, αναγκάζοντάς την να περιστρέφεται. Ταυτόχρονα, η βαρύτητα και η ροή του υγρού εξωτερικού πυρήνα και του μανδύα ασκούν μια έλξη στον πυρήνα. Για πολλές δεκαετίες, η ώθηση και η έλξη αυτών των δυνάμεων προκαλούν διακυμάνσεις στην ταχύτητα περιστροφής του πυρήνα, είπε ο Vidale.
Η απομάκρυνση του πλούσιου σε μέταλλα υγρού στον εξωτερικό πυρήνα της Γης δημιουργεί ηλεκτρικά ρεύματα που τροφοδοτούν το μαγνητικό πεδίο της Γης, το οποίο προστατεύει τον πλανήτη μας από τη θανατηφόρα ηλιακή ακτινοβολία. Αν και η άμεση επίδραση του εσωτερικού πυρήνα της Γης στο μαγνητικό πεδίο είναι άγνωστη, οι επιστήμονες είχαν ήδη αναφέρει το 2023 ότι ένας πιο αργός περιστρεφόμενος πυρήνας θα μπορούσε ενδεχομένως να έχει αντίκτυπο σε αυτόν, μειώνοντας ελαφρώς τη διάρκεια μιας ημέρας.
Όταν οι επιστήμονες προσπαθούν να «δουν» ολόκληρο τον πλανήτη, γενικά παρακολουθούν δύο τύπους σεισμικών κυμάτων: κύματα πίεσης ή κύματα P και κύματα διάτμησης ή κύματα S. Τα κύματα P ταξιδεύουν σε όλους τους τύπους ύλης. Τα κύματα S ταξιδεύουν μόνο μέσω στερεών ή εξαιρετικά παχύρρευστων υγρών, σύμφωνα με το Γεωλογικό Ινστιτούτο των ΗΠΑ.
Οι σεισμολόγοι τη δεκαετία του 1880 ανακάλυψαν ότι τα κύματα S που παράγονται από τους σεισμούς δεν διαπερνούν ολόκληρη τη Γη και επομένως κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο πυρήνας της Γης είχε λιώσει. Ωστόσο, ορισμένα κύματα P εμφανίστηκαν σε απροσδόκητα σημεία αφού πέρασαν από τον πυρήνα της Γης – μια «ζώνη σκιάς», όπως την αποκαλούσε ο Lehmann – και προκάλεσαν ανωμαλίες που ήταν αδύνατο να εξηγηθούν. Ο Lehmann ήταν ο πρώτος που πρότεινε, με βάση δεδομένα από έναν τεράστιο σεισμό στη Νέα Ζηλανδία το 1929, ότι τα εκτρεπόμενα κύματα P μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν με έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα μέσα στον υγρό εξωτερικό πυρήνα.
Παρακολουθώντας τα σεισμικά κύματα από σεισμούς που έχουν ταξιδέψει παρόμοια μονοπάτια μέσω του εσωτερικού πυρήνα της Γης από το 1964, οι συγγραφείς της μελέτης του 2023 διαπίστωσαν ότι η περιστροφή ακολούθησε έναν κύκλο 70 ετών. Στη δεκαετία του 1970, ο εσωτερικός πυρήνας περιστρεφόταν ελαφρώς πιο γρήγορα από τον πλανήτη. Γύρω στο 2008 επιβραδύνθηκε και άρχισε να κινείται ελαφρώς προς τα πίσω σε σχέση με τον μανδύα της Γης από το 2008 έως το 2023.
Μελλοντική πυρηνική περιστροφή
Για τη νέα μελέτη, ο Vidale και οι συνεργάτες του παρατήρησαν σεισμικά κύματα που παράγονται από σεισμούς στις ίδιες τοποθεσίες σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Βρήκαν 121 παραδείγματα τέτοιων σεισμών μεταξύ 1991 και 2023 στα Νότια Σάντουιτς Νησιά, ένα αρχιπέλαγος ηφαιστειακών νησιών στον Ατλαντικό Ωκεανό ανατολικά του νοτιότερου άκρου της Νότιας Αμερικής. Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης κρουστικά κύματα που διεισδύουν στον πυρήνα από σοβιετικές πυρηνικές δοκιμές μεταξύ 1971 και 1974.
Καθώς ο πυρήνας περιστρέφεται, είπε ο Vidale, επηρεάζει τον χρόνο άφιξης του κύματος. Η σύγκριση του χρονισμού των σεισμικών σημάτων που άγγιξαν τον πυρήνα αποκάλυψε αλλαγές στην περιστροφή του πυρήνα με την πάροδο του χρόνου, επιβεβαιώνοντας τον κύκλο περιστροφής των 70 ετών. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών, ο πυρήνας είναι έτοιμος να αρχίσει ξανά να επιταχύνει.
Σε σύγκριση με άλλες σεισμογραφικές μελέτες του πυρήνα, στις οποίες μετρώνται μεμονωμένοι σεισμοί καθώς περνούν από τον πυρήνα – ανεξάρτητα από το πότε συμβαίνουν – η χρήση μόνο ζευγαρωμένων σεισμών μειώνει τον όγκο των χρησιμοποιήσιμων δεδομένων, «κάνοντας τη μέθοδο πιο περίπλοκη». Ωστόσο, σύμφωνα με τον Vidale, αυτό επέτρεψε επίσης στους επιστήμονες να μετρήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τις αλλαγές στην πυρηνική περιστροφή. Εάν το μοντέλο της ομάδας του είναι σωστό, η εναλλαγή του πυρήνα θα επιταχυνθεί ξανά σε περίπου πέντε έως 10 χρόνια.
Οι σεισμογράφοι έδειξαν επίσης ότι η περιστροφή του πυρήνα επιβραδύνεται και επιταχύνεται διαφορετικά κατά τη διάρκεια του 70χρονου κύκλου του, “πράγμα που απαιτεί εξήγηση”, είπε ο Vidale. Μια πιθανότητα είναι ότι ο μεταλλικός εσωτερικός πυρήνας δεν είναι τόσο δυνατός όσο αναμενόταν. Εάν παραμορφωθεί καθώς περιστρέφεται, θα μπορούσε να επηρεάσει τη συμμετρία της ταχύτητας περιστροφής του, είπε.
Οι υπολογισμοί της ομάδας υποδεικνύουν επίσης ότι ο πυρήνας έχει διαφορετικές ταχύτητες περιστροφής όταν κινείται προς τα εμπρός και προς τα πίσω, κάτι που κάνει “μια ενδιαφέρουσα συμβολή στη συζήτηση”, είπε ο Waszek.
Αλλά το βάθος και η απροσπέλαστη του εσωτερικού πυρήνα σήμαινε ότι οι αβεβαιότητες παρέμειναν, πρόσθεσε. Αν η συζήτηση για την εναλλαγή του πυρήνα έχει πραγματικά τελειώσει, «χρειαζόμαστε περισσότερα δεδομένα και βελτιωμένα διεπιστημονικά εργαλεία για να το μελετήσουμε περαιτέρω», είπε ο Waszek.
“Γεμάτο δυνατότητες”
Οι αλλαγές στην περιστροφή του πυρήνα – αν και μπορούν να παρακολουθηθούν και να μετρηθούν – είναι ελάχιστα αισθητές στους ανθρώπους στην επιφάνεια της Γης, είπε ο Vidale. Καθώς ο πυρήνας περιστρέφεται πιο αργά, ο μανδύας επιταχύνεται. Αυτή η μετατόπιση κάνει τη Γη να περιστρέφεται πιο γρήγορα και η διάρκεια μιας ημέρας γίνεται μικρότερη. Αλλά τέτοιες περιστροφικές μετατοπίσεις αντιπροσωπεύουν μόνο τα χιλιοστά του δευτερολέπτου στη διάρκεια της ημέρας, είπε.
«Όσον αφορά τον αντίκτυπο στη ζωή κάποιου;» είπε. «Δεν μπορώ να φανταστώ ότι σημαίνει πολλά».
Οι επιστήμονες μελετούν τον εσωτερικό πυρήνα της Γης για να ανακαλύψουν πώς σχηματίστηκε το εσωτερικό της Γης και πώς σχετίζεται η δραστηριότητα σε όλα τα στρώματα κάτω από την επιφάνεια της Γης. Ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα είναι η μυστηριώδης περιοχή όπου ο υγρός εξωτερικός πυρήνας της Γης περιβάλλει τον στερεό εσωτερικό πυρήνα, πρόσθεσε ο Vidale. Ως μέρος όπου το υγρό και το στερεό συναντώνται, αυτό το όριο είναι «γεμάτο δυναμικό για δραστηριότητα», όπως είναι το όριο πυρήνα-μανδύα και το όριο μανδύα-φλοιού.
«Για παράδειγμα, θα μπορούσαμε να έχουμε ηφαίστεια στο εσωτερικό όριο του πυρήνα, όπου τα στερεά και τα υγρά συναντώνται και κινούνται», είπε.
Δεδομένου ότι η περιστροφή του εσωτερικού πυρήνα επηρεάζει την κίνηση του εξωτερικού πυρήνα, η περιστροφή του εσωτερικού πυρήνα θεωρείται ότι παρέχει ενέργεια στο μαγνητικό πεδίο της Γης. Ωστόσο, απαιτείται περαιτέρω έρευνα για να αποκρυπτογραφηθεί ο ακριβής ρόλος του εσωτερικού πυρήνα. Και υπάρχουν ακόμα πολλά να μάθουμε για τη συνολική δομή του εσωτερικού πυρήνα, είπε ο Waszek.
«Οι νέες και μελλοντικές μέθοδοι θα είναι κεντρικές για την απάντηση στις υπόλοιπες ερωτήσεις σχετικά με τον εσωτερικό πυρήνα της Γης, συμπεριλαμβανομένου του ζητήματος της περιστροφής».
Η Mindy Weisberger είναι επιστημονική συγγραφέας και παραγωγός μέσων ενημέρωσης της οποίας η δουλειά έχει εμφανιστεί στα περιοδικά Live Science, Scientific American και How It Works.
Για περισσότερες ειδήσεις και ενημερωτικά δελτία του CNN, δημιουργήστε έναν λογαριασμό στο CNN.com