Czy Ziemia naprawdę ma puls?

Puls

Tętno Ziemi jest głównym tematem kampanii Yara na rzecz ambicji uprawiania żywności w przyszłości przyjaznej dla środowiska. Aby dowiedzieć się więcej o nauce stojącej za pulsem, Yara rozmawiała z Larsem Eivindem Auglandem, profesorem nadzwyczajnym na Wydziale Nauk o Ziemi na Uniwersytecie w Oslo. Augland zajmuje się geochronologią i bada czas różnych wydarzeń w czasie geologicznym, począwszy od formowania się kontynentów Ziemi po zmiany klimatu w czasie.

Augland uważa zjawisko 26-sekundowego pulsu za fascynujące i ekscytujące.

​– „Tak, można to nazwać rodzajem pulsu. Skorupa ziemska ma regularne wstrząsy. Są one tak małe, że nie stanowią zagrożenia, jakim mogą być prawdziwe trzęsienia ziemi”.

Augland wyjaśnia, że co 26 sekund puls z Ziemi jest rejestrowany przez stacje sejsmiczne na całym świecie. Sygnały są najbardziej widoczne w Afryce Zachodniej, Ameryce Północnej i Europie. Impuls jest jednym z niewielu sygnałów generowanych regularnie, wyraźnie i dokładnie. Nie jest jasne, jaka może być przyczyna, ale istnieje wiele możliwych wyjaśnień, w tym fale oceaniczne, wulkany oraz narastanie i uwalnianie ciśnienia w wypełnionych wodą pęknięciach w warstwach osadowych pod dnem morskim.

​– „Pierwotnie mikrotrzęsienia lub pulsy wykrywane w odstępach 26-sekundowych tłumaczono aktywnością fal w Zatoce Gwinejskiej w Afryce Zachodniej. Zwrócono uwagę na specjalne warunki głębokości, geometrię dna oceanu i wybrzeża jako możliwe przyczyny. Ze względu na sposób, w jaki fale uderzają i tworzą rezonans na dnie morskim, mogą z kolei rozprzestrzeniać się jako fale trzęsienia ziemi w skorupie ziemskiej” – mówi Augland.

Kontynuuje wyjaśniając, że aktywność wulkaniczna została wymieniona jako inne możliwe wyjaśnienie, ale w morzu na tym obszarze nie znaleziono żadnych śladów aktywnych wulkanów.

​– „Trzecie wyjaśnienie można znaleźć w najnowszym badaniu opublikowanym w renomowanym czasopiśmie Earth and Planetary Science Letters, które stwierdza, że płyn przepływający przez sieci szczelin fraktalnych w osadach pod dnem morskim jest przyczyną wstrząsów” – mówi Augland.

Regularność pulsu może wynikać ze specjalnych warunków na dnie Zatoki Gwinejskiej, składających się z bogatych w wodę warstw osadów, które znajdują się pod ciśnieniem. Ze względu na ładowanie osadów z rzeki Niger ciśnienie wody w dnie morskim poniżej wzrasta. Różnice ciśnień prowadzą do przepływu wody w pęknięciach dna morskiego, jak w pompie hydraulicznej, gdzie ciśnienie wzrasta do pewnego punktu, zanim zostanie zwolnione jako spust. Regularność narastania i uwalniania ciśnienia jest tym, co powoduje wstrząsy, które można zarejestrować jako puls na sejsmometrach na całym świecie. Różnica ciśnień może zostać wzmocniona przez aktywność fal nad Zatoką Gwinejską.

​– „W tym sensie nowe badanie łączy wcześniejsze wyjaśnienia dotyczące aktywności fal i ruchów w górnej części skorupy ziemskiej” – mówi Augland.

Augland podkreśla, że żadne z trzech wyjaśnień nie zostało wystarczająco dobrze przetestowane. Wymagałoby to dokładnych badań podwodnych w odpowiednich obszarach Zatoki Gwinejskiej, a także pomiarów w celu zidentyfikowania dokładnego źródła trzęsień ziemi.

Odkryte w latach 60'

Fakt, że Ziemia pulsuje co 26 sekund, został odkryty na początku lat 60. Puls został po raz pierwszy zarejestrowany przez amerykańskiego sejsmologa Jacka Olivera, który między innymi wykonał ważną pracę w rozwoju teorii tektoniki płyt i pracował nad rejestracją wybuchów bomb atomowych za pomocą fal sejsmicznych. Od tego czasu naukowcy zgromadzili wystarczającą ilość danych, aby ustalić, że regularne drżenia utrzymywały się poza pierwszym nagraniem i tworzą rodzaj rytmicznego pulsu.

​– „To niezwykłe, że te wstrząsy występują w tak regularny sposób i to od wielu dziesięcioleci. To kolejne przejściowe zjawisko w kontekście geologicznym. Jeśli cofniemy się o kilka tysięcy lat, poziom morza był inny Ostatnia epoka lodowcowa, która zakończyła się około 10 000 lat temu, doprowadziła do znacznych zmian poziomu mórz, kiedy lód na lądzie topniał. Takie zmiany poziomu mórz prawdopodobnie odgrywają pewną rolę” – wyjaśnia Augland.

Wiele „pulsów”

Według Auglanda Ziemia ma wiele pulsów. Jednym z nich jest ten krótki impuls pojawiający się co 26 sekund, podczas gdy inne trwałe impulsy są kontrolowane przez parametry astronomiczne i promieniowanie słoneczne.

​– „Musimy przyjrzeć się zmianom orbity Ziemi wokół Słońca i nachyleniu osi Ziemi, definiując tak zwane cykle Milankovicia. Te impulsy o różnych przewidywalnych okresach między około 10 000 a 400 000 lat są aktywnie wykorzystywane do badania klimat. Inne pulsy, które zostały zaproponowane, ale obecnie są bardziej spekulacyjne, są powiązane z wymianą ciepła między głębokim płaszczem Ziemi a jej skorupą, co może prowadzić do superwulkanów, formowania się kontynentów i cykli tektonicznych płyt, które wpływają na klimat poprzez pochłanianie lub uwalnianie CO2 do atmosfery. Cykle te mają pulsy trwające od dziesiątek do setek milionów lat” – wyjaśnia Augland.

​– „Kiedy po raz pierwszy przeczytałem o zjawisku [26-sekundowego pulsu], od razu wzbudziło to moje zainteresowanie, ponieważ pracuję nad zrozumieniem niektórych z tych innych cykli, aby powiedzieć coś o historii Ziemi. Oczywiście ekscytujące jest to, że mają regularne i przewidywalne procesy lokalnie, które można odczuć globalnie.Tętno to może nie mówi nic o głównych procesach na Ziemi i warunkach życia, ale jest niewątpliwie interesujące, ponieważ pokazuje, jak świat jest połączony.I jest jeszcze coś tajemniczego kiedy odkrywasz zjawiska, które nie są tak łatwe do wyjaśnienia i nad którymi pracujesz od ponad 50 lat, nie wiedząc na pewno, skąd się bierze”.

Źródła

Chen, Y., Xie, J. and Ni, S., 2022. Mechanizm generowania wstrząsów 26 i 28 s w Zatoce Gwinejskiej na podstawie analizy statystycznej wielkości i interwałów zdarzeń. Earth and Planetary Science Letters, 578, s. 117334.

Lantink, M.L., Davies, J.H., Ovtcharova, M. i Hilgen, FJ, 2022. Cykle Milankovitcha w formacjach pasmowego żelaza ograniczają układ Ziemia-Księżyc 2,46 miliarda lat temu. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(40), p.e2117146119.

Meyers, S.R. i Malinverno, A., 2018. Proterozoiczne cykle Milankovicia i historia Układu Słonecznego. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), s. 6363-6368.

Michael R.Rampino, KenCaldeira i Yuhong Zhuc, 2021: „A pulse of the Earth: A 27,5-Myr podstawowy cykl w skoordynowanych wydarzeniach geologicznych w ciągu ostatnich 260 Myr”, Geoscience Frontiers.

Müller, R.D. i Dutkiewicz, A., 2018. Cykl węglowy skorupy oceanicznej napędza 26-milionowe okresy atmosferycznego dwutlenku węgla. Postęp nauki, 4(2), p.eaaq0500.

Oliver, J., 1963. Dodatkowe dowody odnoszące się do „światowej burzy mikrosejsmów z okresami około 27 sekund”. Biuletyn Towarzystwa Sejsmologicznego Ameryki, 53 (3), s. 681-685.

Shapiro, NM, Ritzwoller, MH i Bensen, G.D., 2006. Lokalizacja źródła 26-sekundowego mikrosejsmu na podstawie korelacji krzyżowych otaczającego hałasu sejsmicznego. Listy z badań geofizycznych, 33 (18).

Wu, Y., Fang, X., Jiang, L., Song, B., Han, B., Li, M. and Ji, J., 2022. Bardzo długoterminowa okresowość epizodycznej produkcji cyrkonu i ewolucji systemu Ziemi . Recenzje nauk o Ziemi, s. 104164.