Τι συνεχίζει να κινεί το γεωδυναμό;

Τι συνεχίζει να κινεί το γεωδυναμό;

Χωρίς την ασπίδα προστασίας από την επιβλαβή ακτινοβολία, που προσφέρει στη Γη το γεωμαγνητικό της πεδίο, ο πλανήτης θα ήταν αφιλόξενος για τη ζωή

Οι συγκρούσεις πρωτοπλανητών με τη νεαρή Γη ίσως δεν οδήγησαν μόνο στο σχηματισμό της Σελήνης, αλλά έθεσαν σε κίνηση και το γεωδυναμό που δημιουργεί το γεωμαγνητικό πεδίο και προστατεύει τη ζωή από την ακτινοβολία

Καλυμμένη από μια ηλεκτροσυγκολλημένη μεταλλική πλάκα βρίσκεται σήμερα στη ρωσική χερσόνησο Κόλα, η βαθύτερη τρύπα στον κόσμο. Η βαθιά γεώτρηση άρχισε την άνοιξη του 1970 από μια ομάδα Σοβιετικών επιστημόνων με στόχο να τρυπήσουν όλο το στερεό φλοιό και να φτάσουν στο μανδύα της Γης. Τέσσερα χρόνια νωρίτερα είχε τερματιστεί άδοξα η αντίστοιχη προσπάθεια των ΗΠΑ για γεώτρηση στο βυθό του Ειρηνικού ωκεανού, φτάνοντας μετά από 5 χρόνια σε βάθος μόλις 300 μέτρων (συν 3.300 μέτρα θαλασσινού νερού). Αντίθετα οι Σοβιετικοί επιστήμονες επέμειναν και το έργο συνεχίστηκε επί 21 χρόνια, για να τερματιστεί τρία χρόνια μετά την ανατροπή του σοσιαλισμού (δηλ. 24), έχοντας φτάσει σε βάθος 12.300 μέτρων, στα μισά της απόστασης έως το μανδύα.
Την ίδια ώρα που οι γεωλόγοι προσπαθούσαν να φτάσουν μερικά χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια, τα διαστημικά σκάφη των ανθρώπων είχαν προ πολλού φτάσει στη Σελήνη, στον Αρη, ακόμα και πέρα από τον Πλούτωνα. Αν και όλοι οι γεωλογικοί σχηματισμοί, οι ωκεανοί και φυσικά η ζωή βρίσκονται πάνω και μέσα σε ένα λεπτό στερεό στρώμα που περιβάλλει τον πλανήτη - λεπτότερο συγκριτικά κι από το τσόφλι του αυγού - το τεράστιο εσωτερικό της Γης, ο μανδύας και ο πυρήνας, δεν έχουν εξερευνηθεί ποτέ απευθείας και πιθανότατα δεν θα εξερευνηθούν ποτέ. Ο,τι ξέρουμε γι' αυτά είναι από έμμεσες παρατηρήσεις (διάδοσης σεισμικών κυμάτων), στη βάση επιστημονικών θεωριών και εικασιών. Ετσι εξηγείται το ενδιαφέρον των επιστημόνων να αποκτήσουν απευθείας πρόσβαση με μια γεώτρηση, τουλάχιστον στο μανδύα.

Ευεργεσία από τα βάθη

Αν και οι γνώσεις μας για το σύμπαν διευρύνονται καθημερινά, η γνώση της δομής και της λειτουργίας του εσωτερικού του ίδιου μας του πλανήτη αυξάνεται με πολύ αργούς ρυθμούς. Τελικά, το να πας στο Διάστημα είναι πιο εύκολο από το να κατέβεις μερικές δεκάδες χιλιόμετρα μέσα στη Γη. Εκείνο που γνωρίζουν με βεβαιότητα οι επιστήμονες είναι ότι η ζωή πάνω στον πλανήτη επηρεάζεται εξαιρετικά απ' ό,τι συμβαίνει στα απροσπέλαστα βάθη του. Η θερμότητα από τον εσωτερικό στερεό πυρήνα (σιδήρου), που είναι τόσο θερμός όσο και η επιφάνεια του Ηλιου, διατηρεί γύρω του έναν εξωτερικό πυρήνα από λιωμένο σίδηρο και νικέλιο, δημιουργώντας ισχυρό μαγνητικό πεδίο, που αποστρακίζει τη θανατηφόρα κοσμική ακτινοβολία και τα εξίσου επικίνδυνα σωματίδια του ηλιακού ανέμου και προστατεύει την ατμόσφαιρα, που αλλιώς σιγά σιγά θα παρασυρόταν στο Διάστημα. Χωρίς τη μαγνητόσφαιρα που δημιουργεί το γεωδυναμό στο κέντρο του, ο πλανήτης μας θα ήταν αφιλόξενος στη ζωή, όπως η Αφροδίτη, ο Αρης και ο Ερμής, οι υπόλοιποι πετρώδεις πλανήτες του ηλιακού συστήματος, που δε διαθέτουν μαγνητικό πεδίο, ακόμα και αν συνέτρεχαν όλες οι υπόλοιπες προϋποθέσεις για τη ζωή. Ο Αρης είχε μαγνητικό πεδίο πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, όπως δείχνει ο παλαιομαγνητισμός που έχει καταγραφεί σε πετρώματά του, αλλά το έχασε όταν κρύωσε ο πυρήνας του και σταμάτησε το δυναμό του.

Στην καρδιά του δυναμό

Γιατί δεν έχει σταματήσει έως τώρα και το γεωδυναμό; Εδώ και δεκαετίες είναι γνωστό ότι η Γη έχει ένα στερεό πυρήνα με μέγεθος περίπου όσο η Σελήνη, που περιβάλλεται από ένα στρώμα πάχους 2.250 χιλιομέτρων λιωμένου σιδήρου και νικελίου, πάνω από το οποίο βρίσκονται 2.900 χιλιόμετρα στερεού μανδύα, στον οποίο επιπλέουν οι τεκτονικές πλάκες του στερεού φλοιού. Μια ερευνητική εργασία προ διετίας ήρθε να «ταράξει τα νερά» αυτής της παγιωμένης εικόνας. Η εργασία αφορούσε στη ροή και τελικά απώλεια θερμότητας του πυρήνα διαμέσου του μανδύα και τα συμπεράσματά της εγείρουν ερωτήματα σχετικά με την ηλικία του εσωτερικού (στερεού) πυρήνα και τον τρόπο που η Γη παράγει το μαγνητικό της πεδίο.
Καθώς η λιωμένη πρωτο-Γη άρχιζε να κρυώνει, αρχικά σκλήρυνε ένα λεπτό εξωτερικό στρώμα, ο φλοιός. Ο μανδύας επίσης στερεοποιήθηκε σταδιακά, αν και ακόμα και σήμερα στο κατώτερο μέρος του η θερμοκρασία είναι περίπου 2.200^o C. Ο αρχικά υγρός εσωτερικός πυρήνας, άρχισε να στερεοποιείται από μέσα προς τα έξω αυξάνοντας τη διάμετρό του με ρυθμό περίπου 1 χιλιοστό κάθε χρόνο. Το σημείο τήξης του σιδήρου είναι μεγαλύτερο υπό υψηλότερη πίεση και καθώς η θερμοκρασία του πυρήνα κατέβαινε, ο σίδηρος στο κέντρο του άρχισε να στερεοποιείται. Μέσα στον υγρό εξωτερικό πυρήνα, οι μάζες του λιωμένου υλικού στροβιλίζονται, όπως το νερό σε μια κατσαρόλα που βράζει, μεταφέροντας θερμότητα από το βάθος προς την επιφάνεια. Αυτή η αργή κίνηση των μεταλλικών μαζών μέσα στον εξωτερικό πυρήνα, δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα, που με τη σειρά του δημιουργεί μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο έχει αποτέλεσμα να συντηρούνται τα ηλεκτρικά ρεύματα, δημιουργώντας έναν αυτοδιατηρούμενο κύκλο, που ονομάζεται γεωδυναμό. Μετρήσεις σε αρχαία πετρώματα δείχνουν ότι το γεωδυναμό βρίσκεται σε λειτουργία επί τουλάχιστον 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια (όταν σχηματίζονται τα πετρώματα, τα μαγνητικά ορυκτά που περιέχουν ευθυγραμμίζονται με το γήινο μαγνητικό πεδίο και αυτός ο προσανατολισμός παραμένει όταν στερεοποιηθούν).

Χωρίς συγκρούσεις, δεν έχει πεδίο, δεν έχει ζωή

Το πρόβλημα είναι ότι η προ διετίας έρευνα έδειξε πως η μετάδοση θερμότητας με αγωγή στο λιωμένο σίδηρο είναι δύο έως τρεις φορές μεγαλύτερη απ' ό,τι υπολογιζόταν έως τώρα. Αν όμως είναι τόσο μεγάλη, τότε δε θα εμφανιζόταν η μετάδοση με συναγωγή (με στροβίλους) στον εξωτερικό πυρήνα και τότε δεν θα υπήρχε γεωδυναμό. Η μελέτη ήταν θεωρητική και έγινε αποκλειστικά με βάση τις αρχές της κβαντομηχανικής. Ομως, λίγο αργότερα ακολούθησε άλλη μελέτη, πειραματική αυτή τη φορά, που επιβεβαίωσε τους νέους συντελεστές μετάδοσης θερμότητας στο λιωμένο σίδηρο υπό μεγάλη πίεση.
Για να εξηγηθεί η αδιαμφισβήτητη παρουσία του γεωμαγνητικού πεδίου, προτάθηκε εναλλακτική θεωρία, συναγωγής συστατικών, δηλαδή δημιουργίας ροών μέσα στον υγρό σίδηρο λόγω ανόδου των ελαφρότερων προσμείξεων, που καθώς κρυώνουν κατεβαίνουν και πάλι, συνεχίζοντας τον κύκλο. Ομως αυτή η θεωρία προϋποθέτει την ύπαρξη στερεού εσωτερικού πυρήνα. Με βάση τις μετρήσεις προκύπτει ότι η ηλικία του στερεού πυρήνα είναι γύρω στο ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Για το πώς λειτουργούσε το γεωδυναμό πριν απ' αυτό, διατυπώθηκαν εικασίες που σχετίζονται με ένα ακόμα θερμότερο παρελθόν της Γης. Αν η πρωτο-Γη ήταν ακόμα πιο θερμή απ' όσο υπολογίζαμε έως τώρα, τότε θα μπορούσε να προκληθεί συναγωγή. Η επιπλέον θερμότητα ίσως να οφείλεται στις συγκρούσεις της Γης με τους πρωτοπλανήτες, η ισχυρότερη από τις οποίες έγινε με ουράνιο σώμα μεγέθους ανάλογου με του Αρη, με αποτέλεσμα το σχηματισμό της Σελήνης.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Discover»