Ko je Jules Verne leta 1864 napisal Potovanje v središče Zemlje, je verjetno že vedel, da je napisal fantazijsko pripoved. Njegovi junaki so se spustili le nekaj kilometrov globoko, vendar so idejo, da bi kdorkoli lahko dosegel Zemljino sredico, odpravili že pred njegovim časom.
V resnici se ljudje središču našega planeta nismo niti približali. Najgloblja vrtina, ki nam jo je uspelo izvrtati, je sicer globoka, kar precejšnjih 12 kilometrov – izvrtali so jo na ruskem polotoku Kola –, vendar je to približno tako, kot bi na krogli z metrom premera izvrtali en milimeter globoko luknjo. Središče Zemlje je namreč od površja oddaljeno velikanskih 6370 kilometrov.
Najgloblji rudnik, ki ga je človek kadarkoli izkopal, sega le dobra dva kilometra v globino in tako vemo, da so na tej globini kamnine in rudna bogastva. Kaj pa globlje? Uganka, kaj se skriva globoko pod površjem, je bila ena največjih, ki si jih je zastavila znanost.
Danes vemo, da je naš planet sestavljen iz treh kroglastih plasti – skorje, plašča in jedra. Skorja je najbolj zunanja plast, na katere površju živimo. Debela je od 5 do 75 kilometrov. Če bi bila Zemlja velika kot jajce, bi bila skorja debela približno tako kot jajčna lupina. Plašč je plast pod skorjo, debela okoli 2900 kilometrov, in obdaja jedro, kroglo, s polmerom okoli 3500 kilometrov.
Jedro je sestavljeno pretežno iz železa in niklja in je prvih 1200 kilometrov proti središču tekoče, potem pa trdno, kajti tam vladajo ekstremni tlaki in temperature. Danes ocenjujejo, da temperatura v tekočem jedru znaša okoli 5400, globlje, v trdnem jedru pa celo 6300 stopinj Celzija, kar je več kot temperatura na površini Sonca.
Toda – kako to vemo? Znanosti je pri odgovoru pomagalo proučevanje ene izmed najbolj uničujočih naravnih sil – potresov.
Do začetka 20. stoletja so znanstveniki zanesljivo vedeli dvoje – da so pod površjem Zemlje kamnine in da globlje, ko kopljemo, bolj narašča temperatura. Domnevali pa so tudi, da je zemljina skorja oziroma njeno površje nalomljeno na velikanske plošče, ki »plavajo« na plašču. Pri tem se plošče tiščijo in drgnejo druga ob drugo, ali izpodrivajo, pri čemer nastajajo gorovja, globoki morski jarki in vulkani. Ti procesi so počasni, vendar se pri njih kopiči ogromno energije. In ko se ta nakopičena energija sprosti, nastane potres.
Ob potresu nastanejo tudi potresni ali seizmični valovi in prav spoznanja o tem, kako se ti valovi širijo, so pomagala znanstvenikom sklepati o tem, kaj leži v Zemljini notranjosti.
Kaj so pravzaprav seizmični valovi?
Ko pomislimo na valove, si večinoma predstavljamo morske valove, ki potujejo po morski površini, vendar pa ne valuje samo voda, pač pa še veliko drugih snovi – recimo zrak, tudi ta valuje in povzroča veter, in valovi se lahko širijo tudi po številnih snoveh – kot recimo zvok, ki je prav tako posledica valovanja v zraku. Tudi seizmični valovi so valovanja, ki nastanejo pri premikih zemeljske skorje in se potem širijo ne le po njenem površju, ampak tudi v Zemljino notranjost. Te valove zaznavajo naprave, imenovane seizmometri.
Ko so znanstveniki seizmologi začeli proučevati potrese, so ugotovili, da pri tem nastajajo tri vrste valov – poimenovali so jih površinski, primarni (P) in sekundarni (S). Vse te valove lahko, če so potresi dovolj močni, zaznavajo seizmografi tudi drugod na Zemlji.
Površinski valovi potujejo po površju in jih kot potres zaznamo tudi ljudje. Ti valovi so tudi tisti, ki lahko povzročajo škodo. Zelo oddaljeni seizmometri jih ne zaznajo.
P-valovi so longitudinalni valovi (gl. slovarček izrazov), prav tako kot zvok. Ti valovi povzročajo, da se Zemlja v smeri širjenja širi in krči, ko potujejo skoznjo. So zelo hitri. Seizmologi so ugotovili, da se skozi kamnine, kot je recimo granit, širijo s hitrostjo okoli 5 kilometrov na sekundo, v gostejših snoveh pa tudi do 14 kilometrov na sekundo. Lahko se širijo v trdni in tekoči snovi, zaznajo pa jih lahko seizmometri, ki so zelo oddaljeni od središča potresa.
S-valovi so počasnejši in nastanejo zaradi premikov levo-desno oziroma gor-dol in so počasnejši od P-valov. Po tekočinah se ne širijo. Tudi te valove lahko zaznajo zelo oddaljeni seizmometri.
Predstavljajte si močan potres. Valovi se začenjajo širiti po Zemlji – tako po površju kot po notranjosti. Ves planet vibrira. Vse vrste valov zaznavajo seizmometri po svetu. In prav pri zaznavanju so znanstveniki ugotovili nenavadno lastnost seizmičnih valov. Pri primerjanju podatkov so ugotovili, da približno do 104. stopinje od epicentra potresa seizmometri zaznavajo tako P- kot S-valove, potem pa oboji nenadoma izginejo in jih zelo oddaljeni seizmometri ne zaznavajo. To območje nezaznavanja so poimenovali senca.
Znanstveniki so si dolgo belili glave, kaj bi lahko bil vzrok za tako nenavadno obnašanje seizmičnih valov, potem pa se je leta 1906 britanskemu seizmologu Richardu Oldhamu porodila sijajna misel. Ugotovil je, da bi pojav lahko razložili, če bi bilo jedro Zemlje tekoče. Tekoče jedro bi namreč lahko valove odklonilo, podobno kot se lomi svetloba (ki je tudi valovanje), ko prehaja med področjema z različno gostoto, recimo iz vode v zrak. Njegovo razlago je sprejela vsa znanstvena skupnost in je veljala dobrih trideset let, dokler ni danska seizmologinja Inge Lehmann ugotovila, da je ta razlaga preveč – preprosta.
V njenem času so seizmometre že močno izboljšali in Lehmannova je ugotovila, da šibke P-valove lahko zaznavajo tudi v območju sence, ne pa tudi S-valov. Pravzaprav je ugotovila, da se P-valovi nenadoma ponovno pojavijo 140 stopinj od epicentra potresa in da je senca manjša, kot so kazale prejšnje meritve. Prišla je na misel, da S-valove tekoče jedro popolnoma zaustavlja, vendar pa mora poleg tekočega obstajati še globlje, trdno jedro, skozi katerega P-valovi lahko potujejo in se pojavijo v senci. Vendar se pri tem lomijo dvakrat – na meji med trdnim notranjim in tekočim zunanjim jedrom. Kasnejše raziskave so njeno teorijo potrdile in tako danes vemo, da je notranje jedro trdno, obdaja ga tekoče zunanje jedro, ki je obdano s trdim plaščem. Mejo med tekočim in trdnim delom jedra pa so poimenovali po danski seizmologinji, Lehmannova diskontinuiteta.
Iz česa sploh je Zemljino jedro?
Tudi to vprašanje je znanstvenike dolgo begalo. Prva misel so seveda kamnine, vendar je že leta 1798 britanski znanstvenik Henry Cavendish izračunal težo oziroma maso Zemlje in njeno gostoto. Glede na te rezultate pa bi morala biti Zemlja, če bi bila sestavljena pretežno iz kamnin, veliko lažja oziroma je bila njena izračunana gostota veliko večja od gostote kamnin, ki jih najdemo blizu površja. To je lahko pomenilo samo, da morajo v njeni notranjosti biti elementi, ki so veliko težji od silicija, iz katerega je sestavljena večina kamnin. Znanstveniki so se zato ozrli v vesolje. Tam že od nastanka našega osončja obstaja brez števila drobirja – meteoritov, kometov in asteroidov, ki plavajo po praznem prostoru skupaj s planeti in njihovimi sateliti, tu in tam pa kakšen pade tudi na Zemljo. Ko so proučevali njihovo sestavo, so ugotovili, da so velikokrat sestavljeni pretežno iz železa in niklja. Prav tako so ugotovili, da je železo zelo pogosto po vsej galaksiji. To pa pomeni, da mora tudi Zemlja biti večinoma sestavljena iz teh dveh elementov.
Vendar pa oba elementa na Zemlji zelo redko najdemo blizu površja – rudniki železa v resnici niso zelo pogosti, in čeprav se zdi, da je železa, ki ga proizvedemo, ogromno, bi ga moralo biti neprimerno več. Kje torej je vse to železo? Znanstveniki so danes prepričani, da sta ob nastajanju našega planeta, ko je bil še žareča krogla staljenih snovi, železo in nikelj zaradi gravitacije preprosto poniknila proti središču, tako kot gostejše snovi potonejo na dno.
V prid tej teoriji govori tudi dejstvo, da ima Zemlja lastno magnetno polje. Ustvarilo bi ga namreč lahko tekoče kovinsko jedro. Nedavno pa so tudi s poskusi in simulacijami ugotovili, kako bi lahko ponikanje železa in niklja v središče Zemlje potekalo.
Žal čisto trdnega dokaza, da je tako, nikoli ne bomo zares dobili, saj v središče Zemlje nikoli ne bomo mogli. Tam namreč vladajo tolikšni tlaki, temperature in radioaktivnost, da je vsak poskus že vnaprej obsojen na neuspeh. Vendar pa planetove vibracije, ki jih povzročajo potresi in ki jih znajo razložiti znanstveniki, kot sta bila Inge Lehmann in Richard Oldham, ponujajo človeštvu možnost, da oboroženo z duhom in razumom obišče in raziskuje območja, do katerih s telesom nikoli ne bo moglo.
Slovarček izrazov
Longitudinalni valovi – Ti valovi so sestavljeni iz serije zgoščin in razredčin, ki nastanejo zaradi nihanja naprej-nazaj in se širijo v smeri valovanja. Primer je valovanje, ki se širi po vzmeti, ki jo porinemo v smeri njene dolžine. Primer takega valovanja je tudi potovanje zvoka.
Transverzalni valovi – So sestavljeni iz »hribčkov« in »dolin«, ki jih ustvarja nihanje levo-desno ali gor-dol. Primer takega valovanja je tudi svetloba oziroma elektromagnetno valovanje.
Lom valovanja – Ko valovanje doseže mejo med snovema z različno gostoto, spremeni smer, se »zlomi«. Pojav poznamo pri svetlobi, ki prehaja iz vode v zrak. Predmeti v vodi se zdijo, če jih gledamo iz zraka pod kotom, nekako ukrivljeni.
Seizmologija – Veda o potresih.
