"Zemljina jezgra se zaustavlja!", "Jezgra Zemlje počet će rotirati u suprotnom smjeru!", "Neviđena apokalipsa nam prijeti!" – otprilike ovakve ste naslove mogli posljednjih dana pročitati u brojnim svjetskim medijima, što je, očekivano, privlačilo klikove, ali nije odražavalo stvarnu situaciju. Cijela je priča počela kao netočno, a potom i tendenciozno tumačenje jednog znanstvenog rada, objavljenoga početkom tjedna u časopisu Nature Goscience.

Problematika rotacije

Taj je članak usporedio rotaciju Zemljine unutrašnje jezgre s rotacijom cijelog planeta, pa naglasak stavio na manja kolebanja u toj rotaciji. Ključna poruka: "manje oscilacije" iz prvih clickbait naslova je izostala, a mediji su potom učinili ono što često i inače čine – napuhali priču preko svake razine. Mi smo se zato obratili našem poznatom geofizičaru, profesoru Hrvoju Tkalčiću, čije je ovo područje ekspertize. U nastavku, uz njegovo dopuštenje, donosimo stručni pogled na ovu temu, koji je nedavno objavio na Facebooku.

"Nadam se da će to doprinijeti boljem razumijevanju ove teme", poručio je.

Prof. Hrvoje Tkalčić:

Radi se o pokušaju da se izmjeri brzina rotacije unutrašnje jezgre Zemlje relativno u odnosu na gornje slojeve Zemlje, tj. Zemljin plašt, koji se može uzeti kao referentni sustav Zemljine rotacije, s obzirom da na njega otpada najveći postotak volumena Zemlje. Laički rečeno, referentni sustav u ovom kontekstu je dio Zemlje s čijim gibanjem se uspoređuju sva ostala gibanja. Pozitivna ili super-rotacija znači da unutrašnja jezgra rotira nešto brže od plašta (koliko brže, pročitajte u nastavku), a negativna rotacija je suprotno od toga. Sinkronizirana rotacija znači da unutrašnja jezgra rotira u istom smjeru i istom brzinom oko osi rotacije kao i Zemljin plašt. Matematičkim žargonom, kaže se onda da je razlika između rotacije unutrašnje jezgre i plašta jednaka nuli, ili u malo žešćem žargonu, da nema diferencijalne rotacije. A upravo je to da je razlika u rotaciji jednaka nuli bio kamen spoticanja—upravo to su mnogi interpretirali kao da je unutrašnja jezgra Zemlje stala, baš kao u scenariju znanstveno-fantastičnog filma The Core. U namjeri da ovaj fenomen objasnimo malo pobliže, ovdje je niz pitanja i odgovora koji stoje na raspolaganju novinarima i svim zainteresiranima.

Što znamo o dinamici unutrašnje jezgre Zemlje i zašto rotacija s ostalim slojevima Zemlje nije sinkronizirana ili "zaključana"?

Postojanje unutrašnje jezgre unutar tekuće jezgre predložila je seizmologinja Inge Lehmann 1936. godine. To je objasnilo tada opažene višestruke dolaske seizmičkih valova iz jednog udaljenog potresa. Unutrašnja jezgra postala je prihvaćena kao dio unutrašnje građe Zemlje i udžbenika od 1940-ih. Od tada smo naučili puno o unutrašnjoj jezgri, uključujući da je u čvrstom stanju, da se seizmički valovi šire različitim brzinama u različitim smjerovima kroz nju, a u novije vrijeme, da bi mogla sadržavati još jednu manju željeznu kuglu unutra – centralnu jezgru. Osobno volim razmišljati o unutrašnjoj jezgri kao planetu unutar planeta.

Doista, to je čvrsta kugla uglavnom od željeza i nikla (i male količine drugih, lakših kemijskih elemenata), veličine kao otprilike patuljasti planet Pluton i nešto manja od Mjeseca. Međutim, što se tiče njena volumena, on je samo oko 1% Zemljinog! Kada bismo nekako uspjeli rastaviti Zemlju—uklanjanjem njenog plašta i vanjske tekuće jezgre—unutrašnja jezgra bi nam se u tom trenutku otkrila sjajnom poput zvijezde. Naime, procjenjuje se da je njezina temperatura oko 6000 °C, slična površinskoj temperaturi Sunca.

Unutrašnja jezgra izložena je golemom gravitacijskom polju Zemljina plašta koji okružuje jezgru, jer je masa u plaštu heterogena u prostoru (nije sferno simetrična). Također je izložena elektromagnetskom polju Zemljina dinama generiranog u tekućoj jezgri, tako da možete zamisliti unutrašnju jezgru kao metalnu kuglu obješenu unutar tekuće, također metalne, vanjske jezgre. Zbog stalne "borbe za ravnotežu" između elektromagnetskih i gravitacijskih sila tj. njihovih zakretnih momenta (rječnikom fizičara), unutrašnja jezgra okreće se malo brže ili sporije od ostatka plašta. Možete razmišljati o ovoj različitoj rotaciji između Zemljinih dijelova kao o dva klizača na ledu koji se drže za ruke i kližu u istom smjeru, ali udaljenost između njih varira kako zajedno ubrzaju ili uspore kao da ih veže neka rastezljiva guma. Nadam se da je sada intuitivnije zašto se unutrašnja jezgra može vrtjeti nešto različitim brzinama od plašta, ali uvijek u istom smjeru kao plašt.

Kojom metodom se koriste seizmolozi da bi odredili diferencijalnu rotaciju unutrašnje jezgre?

Ova posljednja studija jedna je u nizu nedavnih seizmoloških studija koje pokušavaju izmjeriti brzinu kojom se unutrašnja jezgra vrti u odnosu na ostatak plašta. Metoda se sastoji od korištenja ponavljajućih potresa, dubleta, koji se ponavljaju na istoj lokaciji i pod istim fizičkim uvjetima (tako da generiraju sličan karakter i obrazac zračenja energije) s razmakom od nekoliko mjeseci do nekoliko desetljeća. Nevjerojatno, dubleti proizvode gotovo identične valne oblike zabilježene kao seizmograme tisućama kilometara daleko. Iz sićušnih razlika u seizmičkim valnim oblicima snimljenim duž iste staze izvor-prijamnik kroz Zemlju (vidi ilustraciju), zaključci se donose o diferencijalnoj rotaciji unutrašnje jezgre (razlici brzine rotiranja u odnosu na rotaciju Zemljina plašta). Sve u svemu, valni oblici vrlo su slični, ali se razlikuju u dijelovima koji predstavljaju valove koji putuju unutrašnjom jezgrom. Ako se unutrašnja jezgra okreće drugačije od plašta, doći će do malog vremenskog pomaka u dijelu seizmograma  osjetljivih na unutrašnju jezgru. Ovu vremensku razliku mjerimo. Zatim uspoređujemo predviđanja iz naših matematičkih modela s opažanjima. Ako se slažu, "prihvaćamo model". Međutim, kao što sam više puta naglasio, modeli nisu jedinstveni—postoji više od jednog modela koji podjednako dobro objašnjava podatke.

Dakle, jesu li nalazi i metodologija ove studije ispravni?

Analiza podataka je dobra, ali, kao u mnogim geofizičkim studijama duboke Zemlje, nalazi nisu jedinstveni i treba ih uzeti s oprezom. Drugim riječima, studija zaključuje o brzini vrtnje unutrašnje jezgre na temelju nekoliko pretpostavki i opažanja seizmičkih valova i mjerenja frakcija sekundi na površini Zemlje. I dok predloženi matematički model odgovara podacima, podaci ga ne zahtijevaju. Drugim riječima, postoji više modela koji odgovaraju istom skupu podataka. Zbog toga bih rekao novinarima i svima koje ovo zanima da će geofizička zajednica ostati podijeljena oko ovog rezultata, a tema će ostati kontroverzna sve dok se ne prikupi više podataka i druge metode to ne potvrde ili opovrgnu.

Kako biste opisali značaj ove studije u kontekstu prethodnih studija?

Do sada je postojalo više hipoteza o rotaciji unutrašnje jezgre: a) da se ona vrti monotono brže od plašta (ujednačena rotacija ili super-rotacija), a različite studije su pronašle različite brzine, od jednog stupnja godišnje brže do jednog stupnja na milijun godina brže, b) da njezina rotacija oscilira u vremenu, ponekad se vrti brže, a ponekad sporije, i c) da uopće nema diferencijalne rotacije, tj. da se unutrašnja jezgra vrti istom brzinom (i u istom smjeru) kao i plašt. Postojale su i alternativne hipoteze o opažanju razlika u seizmogramima potresa koji se ponavljaju. Najznačajnija od njih je da opažene promjene u valnim oblicima nisu posljedica diferencijalne rotacije unutrašnje jezgre, već zbog promjene topografije na granici unutrašnje s vanjskom jezgrom (u osnovi, planine na toj granici dinamički mijenjaju svoju visinu tijekom godina i desetljeća).

Zašto moramo biti oprezni u svojim interpretacijama?

Predmeti našeg proučavanja zakopani su tisućama kilometara pod našim nogama. Koristimo geofizičke metode zaključivanja kako bismo zaključili o unutrašnjim svojstvima Zemlje i moramo biti oprezni sve dok multidisciplinarna otkrića ne potvrde naše hipoteze i konceptualne okvire. Zbog toga bih rekao da seizmologe možete usporediti s medicinskim fizičarima i radiolozima koji bi htjeli proučiti unutrašnje organe tijela pacijenata koristeći nesavršenu ili ograničenu opremu. To je zato što je distribucija (pokrivenost) velikih potresa i prijemnika na Zemljinoj površini nesavršena, za razliku od okruženja CT skeniranja u medicini. Dakle, unatoč napretku, naša slika unutrašnjosti Zemlje još uvijek je mutna, a mi smo još uvijek u fazi otkrića.

Završna misao

Još samo jedna završna misao tako da naše studije/nalazi o unutrašnjoj rotaciji jezgre budu posve jasne svima. Unutrašnja jezgra nije i neće stati s rotacijom milijardama godina. Rezultati ovog posljednjeg članka se mogu protumačiti tako da je unutrašnja jezgra sada više usklađena s ostatkom planeta nego prije deset godina kada se vrtjela nešto brže. Okretanje malo sporije nego prije ili sporije od plašta znači da se unutrašnja jezgra i dalje okreće u istom smjeru kao i planet, ali malo sporije. Koliko brže ili sporije? Procjene se razlikuju među studijama, ali mi mjerimo iznose prema kojima je unutrašnja jezgra otprilike do sto metara na dan sporija ili brža od ostatka planeta. Pretvorite to u sekunde i dobit ćete red veličine milimetra u sekundi. Dakle, ne događa se zaista ništa kataklizmičko, zaključio je prof. Tkalčić.