Fenglin Niu, docent geologických věd na Rice University, pracuje na získání odpovědi na otázku týkající se způsobu, jakým se vytvořila naše domovská planeta a přesněji na to, co ve skutečnosti leží ve středu jejího jádra.
 

Seismolog studuje, jak jsou vlny vytvořené při zemětřesení odráženy a lámány vnitřním zemským jádrem, které bylo považováno za kouli z pevného železa. Niuův výzkum tak poskytuje věrohodnost i dalšímu pohledu: že se zemské jádro skládá z železných krystalů, které nezbytně nemusí být poskládány stejným směrem.
To by znamenalo, že jádro má strukturu nasvědčující tomu, že utváření Země mohlo být komplikovanější, než jsme se dosud domnívali.

„Existuje několik hypotéz o vzniku zemského jádra,“ řekl Niu. „Jednou z nich je takzvaný homogenní model, který říká, že když se tvořila Země ze solární mlhoviny, tak materiál byl všude stejný. Pak se těžké prvky – železo, nikl – začaly „potápět“ ke středu Země, aby vytvořily tekuté jádro. Jak se následně ochlazovalo a stlačovalo, začalo tekuté železo krystalizovat a tvořit strukturu vnitřního jádra.

Zvětšit obrázek

Fenglin Niu

„Jiným scénářem je takzvaný heterogenní model, což spočívá v tom, že různé části Země byly utvářeny z odlišných částí solární mlhoviny. Nejprve bylo utvořeno jádro a pak se vnější materiály začaly shromažďovat okolo něho. Jádro stále roste, ale středová část jádra by mohla být odlišná.
„To je důvodem, proč se pokoušíme určit, zda je vnitřní jádro relativně homogenní nebo má různé vrstvy. Doufáme, že nám tato práce řekne, který scénář je pravděpodobnější,“ řekl Niu.
Technický termín pro to, co je předmětem Niuova studia je seismická anisotropie, což znamená, že rychlost seismických vln závisí na směru, kterým prochází prostředím. Trhliny, zlomy, vrstvy, smyky a krystalické vlastnosti v nitru Země mohou měnit rychlost a směr seismických vln.
Je potřeba dost velkého zemětřesení k tomu, aby se vzniklá seismická vlna odrazila od vnitřního jádra a vrátila se zpět na povrch nebo aby jí to dokonce poslalo přímo přes střed na druhou stranu planety. Proto Niu a jeho výzkumný partner Qi-Fu Chen z Institute of Earthquake Science, China Earthquake Administration, shromáždili údaje z několika velkých zemětřesení s intenzitou alespoň 5,5 stupňů Richterovy stupnice, která se objevují hluboko v zemském plášti.

Měřením rychlosti a směru vln po takových otřesech a pečlivým porovnáním těchto dat vědci získali vodítko k určení materiálů, kterými tyto vlny prochází.
To je základem nových závěrů, které Niu a Chen publikovali online a v říjnovém vydání Nature Geoscience. V něm vědci podrobně líčí seismické důkazy rozvrstvení v nejniternější části vnitřního jádra, které má podle Niuova tušení jen několik stovek kilometrů v průměru.

Zvětšit obrázek

Tento diagram z dokumentu, jehož spoluautorem je Fenglin Niu z Rice University, „Seismické důkazy pro zřetelnou anizotropii v nitru vnitřního jádra“, ukazuje cestu seismických „paprsků“ majících svůj původ v zemětřesení hluboko pod Indonésií v roce 2004 (levá strana) k povrchu Venezuely (vpravo), kde měřili. Výřez ukazuje výstupní bod jednotlivých vln ve venezuelském seismickém poli.

Dvě hlubinná zemětřesení z v června 2004 v Indonésii a z března 2005 v Argentině, byla klíčová pro tyto výsledky. Niu „vytáhl“ data ze seismických polí – skupin 40 až 80 seismografů umístěných v jihovýchodní Číně a Venezuele – přímo naproti zemětřesením. Seismické vlny zachycené seismologickou stanicí na druhé straně planety musely projít přes jádro. Vědci zjistili, že rychlost průchodu vln, tedy jakýsi „cestovní čas“ na trase mezi Indonésií a Venezuelou se nerovnal jejich očekáváním, pokud by vnitřní anisotropie zemského jádra byla homogenní – to znamená, pokud by krystaly byly všechny uspořádány v jednom směru.

„Před touto studií, vycházel nejpřijímanější model zemského jádra z názoru, že krystaly jsou v něm vyrovnány severojižním směrem,“ řekl Niu, „což by vycházelo, pokud by vlny putovaly rychleji, když se posunují podél zemské rotační osy, jako když závodní auto předjíždí na trati. To by znamenalo, že ze západu na východ putují nejpomaleji a rozdíl v rychlosti by činil asi dvě až tři procenta.“

„Naše závěry využívající nové zpracování naměřených dat naznačuje, že to není ten případ,“ řekl Niu. „Rovníkový směr není zdaleka nejpomalejší. Zjistili jsme, že nejpomalejší směr přes jádro je nakloněný pod úhlem zhruba 45 stupňů. To by mohlo být dáno existencí části jádra, které má svou vlastní strukturu a zbytek vnitřního jádra je jednoduše produktem tuhnutí, které probíhalo kolem.

„Takže heterogenní model je jedním z možných výkladů, ale mohou existovat i jiné ,“ řekl Niu. „Jeden z nich říká, že změny v konvekčních proudech tekutého vnějšího jádra by mohly v průběhu času ovlivnit strukturu vnitřního jádra.“

Niu se ale také zaměřil na děje probíhající blíže k povrchu. Jeho výzkum nových metod pro detekci slabých geologických změn, které předchází zemětřesením, byl zveřejněn v červencovém vydání časopisu Nature a je založen na seismických studiích, které prováděl s kolegy podél kalifornského zlomu San Andreas. Osel se o tomto výzkumu zmiňoval v článku Předpověď zemětřesení .

Dříve v letošním roce mu jeho zájem vynesl vytouženou cenu CAREER Award, udělovanou National Science Foundation mladým členům fakulty, u kterých se očekává, že se stanou vedoucími osobnostmi v oboru.

I když Niuova práce na objevení známek blížících se zemětřesení pokračuje a velmi jej zaměstnává, jeho okouzlení výzkumem jádra naší planety zůstává stále silné. „Vnitřní jádro je nejvzdálenější částí. Je relativně neznámé a jakýkoliv závěr vyžaduje spoustu dobrých dat,“ vysvětloval Niu. „Teprve v nedávné době začalo být reálné získávání takových dat, jaká potřebuji.“

Jako každý dobrý vědec si uvědomil, že z jádra je možné se naučit něco nového a uzavírá: „Kdo by nechtěl najít něco, co ještě žádný člověk nikdy předtím neobjevil.“

Zdroj: Rice University