Nově objevené obří struktury hluboko pod zemským pláštěm mohou být klíčem k pochopení, proč se život vyvinul právě na Zemi. Tyto anomálie, zachycené pomocí seismických vln, možná uchovávají stopy dávného magmatického oceánu – nebo dokonce zaniklých světů.
Původ života na Zemi zůstává jednou z velkých vědeckých otázek. Po desetiletí se pozornost soustředila na atmosféru, oceány a povrch planety: jak se zformovaly kontinenty, kdy se objevila tekutá voda nebo jakou roli hrály rané sopky? Stále více výzkumů však ukazuje na místo mnohem hlubší a donedávna vědě téměř nepřístupné: na hranici mezi zemským jádrem a pláštěm.
Nedávný objev by mohl poskytnout zásadní důkaz o tom, proč se na naší planetě vyvinuly jedinečné podmínky pro život a proč se zdá, že mezi všemi kamennými světy ve Sluneční soustavě právě Země „vyhrála v loterii“, pokud jde o obyvatelnost.
Nález v hlubinách planety
Vnitřek Země je uspořádán do několika vrstev: kůra (v níž žijeme), svrchní plášť, spodní plášť, kapalné vnější jádro a pevné vnitřní jádro. Mezi vnějším jádrem a spodním pláštěm se v hloubce asi 2 900-3 000 kilometrů nachází hranice, známá jako hranice jádro-mantl. Jedná se o extrémní oblast s tlakem více než milionkrát vyšším než atmosférický tlak a teplotou, která může přesáhnout 3 000-4 000 °C.
Na této hranici identifikoval mezinárodní tým vědců nové struktury, které se nacházejí přímo na hranici mezi jádrem a pláštěm v hloubce přibližně 3 000 kilometrů. Nejedná se o žádné drobnosti: jde o gigantické oblasti, některé o velikosti kontinentů, které se zřejmě chovají zcela odlišně od zbytku pláště.
Tyto útvary neodpovídají klasickým modelům zemského nitra a mohou představovat pozůstatky z rané historie planety, kdy byla Země mnohem bouřlivějším světem, z velké části pokrytým roztavenými horninami.
Studie, kterou vedl geodynamika Yoshinori Miyazaki z Rutgers University (USA), byla publikována ve vědeckém časopise Nature Geoscience a zveřejněna samotnou univerzitou v tiskové zprávě.
Jejich zjištění vyplynula ze snahy vyřešit rozpor mezi teoretickými modely a skutečnými seismickými daty z nitra Země: to, co předpovídaly simulace o tom, jak se měla Země ochlazovat, neodpovídalo tomu, co dnes pozorují seismologové, když analyzují, jak se zemětřesné vlny šíří planetou.
Jak vidíme do nitra Země, aniž bychom do něj museli vrtat
Do nitra Země se nelze provrtat: nejhlubší vrt, který kdy člověk vykopal, vrt v Kola v Rusku, dosáhl jen asi 12 km, což je jen nepatrný zlomek poloměru Země (asi 6 371 km). Ke studiu nitra Země vědci používají klíčový nástroj: seismické vlny vznikající při zemětřeseních.
Tyto vlny se šíří nitrem planety a mění rychlost a směr v závislosti na typu materiálu, kterým procházejí (hustší, teplejší, pevný nebo kapalný). Přesným měřením doby, za kterou dorazí do seismických stanic po celém světě, mohou vědci rekonstruovat jakýsi „ultrazvuk“ zemského nitra, což je technika známá jako seismická tomografie.
Tyto „snímky“ identifikovaly anomální oblasti na bázi pláště, těsně nad vnějším jádrem, kde se seismické vlny pohybují pomaleji, než se očekávalo. Právě tyto oblasti upoutaly pozornost Miyazakiho a jeho týmu.
Dědictví dávného magmatického oceánu
Před miliardami let, krátce po svém vzniku, byla Země domovem gigantického magmatického oceánu, který pravděpodobně sahal od povrchu až do hloubky stovek či dokonce tisíců kilometrů. Tento oceán roztavených hornin vznikl v důsledku extrémního žáru vznikajícího při formování planety, srážek s jinými tělesy a rozpadu radioaktivních prvků.
Podle raných modelů mělo toto magma chladnout a tuhnout poměrně uspořádaným způsobem a vytvářet dobře definované vrstvy s poměrně homogenním chemickým složením na každé úrovni. Postupem času by plášťová konvekce – pomalý pohyb pevné, ale plastické horniny, podobný velmi viskózní hmotě – tyto vrstvy promíchala a smazala téměř všechny stopy této rané fáze.
Současné seismické studie však ukazují něco zcela jiného: nepravidelné oblasti, kde se seismické vlny pohybují pomaleji, než se očekávalo. Tyto zóny se odborně nazývají „provincie s nízkou rychlostí smykových vln“ (LLSVP) a „zóny s velmi nízkou rychlostí“ (ULVZ). Dnešní seismické studie ukazují něco zcela jiného: nepravidelné oblasti, kde se seismické vlny pohybují pomaleji, než se očekávalo.
ULVZ jsou extrémně tenké (desítky kilometrů silné) „louže“ velmi hustého a pravděpodobně částečně roztaveného materiálu, připojené přímo k jádru. LLSVP jsou naproti tomu kolosální struktury, tisíce kilometrů dlouhé a až 1 000 km vysoké, složené z velmi horké horniny, která je o něco hustší než okolní plášť.
Ty jsou velké jako kontinenty a existují dva hlavní, jeden pod Afrikou a druhý pod Tichým oceánem. Často jsou označovány jako „superplumy“ nebo „megastruktury“ hlubokého pláště a předpokládá se, že mohou souviset s některými nejaktivnějšími sopkami na planetě, jako jsou sopky na Havaji nebo Islandu.
Nečekaná směs, která změnila historii planety
Zdá se, že klíčem k vysvětlení těchto struktur je interakce mezi jádrem a pláštěm v průběhu miliard let. Vnější jádro se skládá především ze železa a niklu, ale obsahuje také lehké prvky, jako je křemík, kyslík, síra a hořčík. Podle nové studie by prvky jako křemík a hořčík migrovaly z jádra do pláště, mísily by se se stávajícími materiály a daly by vzniknout novému složení minerálů.
Tato migrace by nebyla rovnoměrná. V určitých oblastech by míšení materiálů vedlo ke vzniku hustších, chemicky odlišných hornin, které by se nakonec nahromadily na bázi pláště, těsně nad jádrem. Postupem času by tyto „bazény“ anomálního materiálu daly vzniknout LLSVP a ULVZ, které dnes seismologové detekují.
Toto míchání změnilo hustotu a dynamické chování těchto hlubokých oblastí. Protože jsou hustší, mají tendenci zůstávat na dně pláště, ale zároveň jejich vyšší teplota může napomáhat vzniku plášťových plumů: sloupců horkých hornin, které pomalu stoupají k povrchu a po dosažení litosféry mohou způsobit intenzivní vulkanismus.
Podle vědců by tyto útvary byly skutečnými „fosiliemi“ raného zemského nitra, přímými stopami toho, jak se planeta vyvíjela od svých nejranějších stadií. Místo toho, aby se zcela promíchaly, byla by část dávného magmatického oceánu „uvězněna“ na hranici jádra a mantlu, čímž by se zachovaly informace o chemismu a dynamice rané Země.
Obří srážky a pozůstatky ztracených světů
Jednou z nejpodnětnějších myšlenek diskutovaných ve vědecké komunitě je, že tyto hlubinné struktury by mohly být zčásti pozůstatky dávných planetárních těles, která se v mládí srazila se Zemí. Jedním ze známých příkladů je hypotetický střet s protoplanetou Theia, který měl vést ke vzniku Měsíce.
Některé studie navrhují, že husté úlomky pláště tohoto impaktního tělesa mohly klesnout k základně zemského pláště a smísit se s tamním materiálem, což pomohlo vytvořit LLSVP. Ačkoli je tato hypotéza stále předmětem diskusí, zapadá do představy, že hranice jádra a pláště v sobě uchovává vzpomínky na katastrofické události, které utvářely osud naší planety.
Pokud by to byla pravda, hluboké struktury pod Afrikou a Pacifikem by nebyly jen zkamenělinami magmatického oceánu, ale také hřbitovy dávných světů, které zanechaly stopu na chemii a dynamice Země.