На около 2890 км под краката ни се намира гигантско кълбо от течен метал - ядрото на нашата планета. Учените използват сеизмичните вълни, създавани от земетресенията, като вид ултразвук, за да „видят“ формата и структурата на ядрото.

Използвайки нов начин за изучаване на тези вълни, eкипът на Сяолонг Ма направи изненадващо откритие: около екватора има голяма област с форма на поничка, с дебелина няколкостотин километра, където сеизмичните вълни се движат с около 2% по-бавно, отколкото в останалата част на ядрото.

Смята се, че този регион съдържа повече леки елементи като силиций и кислород и може да играе решаваща роля в огромните течения от течен метал, които преминават през ядрото и генерират земното магнитно поле. Повечето изследвания на сеизмичните вълни, предизвикани от земетресения, разглеждат големите, първоначални вълни, които обикалят света около час след земетресението.

Учените обаче осъзнават, че могат да научат нещо ново, като разгледат по-късната, по-слаба част от тези вълни, известна като кода - частта, с която завършва музикалното произведение. По-специално те разглеждат колко сходни са кодите, записани в различните сеизмични детектори няколко часа след началото им.

На математически език това сходство се измерва с нещо, наречено корелация, а тези прилики в късните части на вълните от земетресението се наричат „кодо-корелационно вълново поле“.

Разглеждайки вълновото поле на кодо-корелацията, екипът открива малки сигнали, произтичащи от множество реверберационни вълни, които иначе не биха видели. Като разбират пътищата, по които са минали тези реверберационни вълни, и ги съпоставят със сигналите в кодо-корелационното вълново поле, изчисляват колко време им е отнело да преминат през планетата.

След това сравняват видяното в сеизмичните детектори, разположени по-близо до полюсите, с резултатите, получени по-близо до екватора. Като цяло вълните, засечени по-близо до полюсите, се движат по-бързо от тези, които бяха близо до екватора.

Физиците изпробват много компютърни модели и симулации за това какви условия в ядрото могат да доведат до тези резултати. В крайна сметка те установяват, че във външното ядро около екватора трябва да има торус - област с форма на поничка, където вълните се движат по-бавно.

Досега сеизмолозите не са откривали този регион. Използването на вълновото поле с кодова корелация обаче ни позволява да „видим“ външното ядро по-подробно и по-равномерно.

Предишни изследвания стигнаха до заключението, че вълните се движат по-бавно навсякъде около „тавана“ на външното ядро. В това изследване обаче се доказва, че регионът с ниска скорост е само в близост до екватора.

Външното ядро на Земята има радиус от около 3480 км, което го прави малко по-голямо от планетата Марс. То се състои основно от желязо и никел, с някои следи от по-леки елементи като силиций, кислород, сяра, водород и въглерод.

Долната част на външното ядро е по-нагорещена от горната и температурната разлика кара течния метал да се движи като вода в тенджера, която ври на котлона. Този процес се нарича топлинна конвекция и според нас постоянното движение би трябвало да означава, че всички материали във външното ядро са доста добре смесени и еднородни.

Но ако навсякъде във външното ядро е пълно с един и същ материал, сеизмичните вълни също би трябвало да се движат с приблизително еднаква скорост навсякъде. Тогава защо тези вълни се забавят в откритата от нас област с форма на поничка?

Учените смятат, че в този регион трябва да има по-висока концентрация на леки елементи. Те може да са освободени от твърдото вътрешно ядро на Земята във външното ядро, където тяхната плаваемост създава повече конвекция. Защо леките елементи се натрупват повече в екваториалната област на поничката? Това може да се обясни, ако в този регион се предава повече топлина от външното ядро към скалистата мантия над него.

Във външното ядро протича и друг процес от планетарен мащаб. Въртенето на Земята и малкото твърдо вътрешно ядро карат течността във външното ядро да се организира в дълги вертикални вихри, движещи се в посока север-юг, подобно на гигантски водовъртежи.

Турбулентното движение на течния метал в тези вихри създава „геодинамиката“, отговорна за създаването и поддържането на магнитното поле на Земята. Това магнитно поле предпазва планетата от вредния слънчев вятър и радиация, което прави възможен живота на повърхността.

По-подробен поглед върху състава на външното ядро - включително новооткритата зона от по-леки елементи - ще ни помогне да разберем по-добре магнитното поле на Земята. По-специално начинът, по който полето променя интензитета и посоката си във времето, е от решаващо значение за живота на Земята и потенциалната обитаемост на планети и екзопланети.

Снимка: Unsplash/Xiaolong Ma and Hrvoje Tkalčić

Виж още: Първият в света биопроцесор, изработен от човешка мозъчна тъкан, използва милион пъти по-малко енергия