Mitä tapahtuu maapallon syvyyksissä?
Kuvittele maapallo keitetyn munan vertaukseksi. Kuori, jolla seisomme? Se on maan pintakuori. Valkuainen? Mantteli, jossa kiviä kuumentuu hitaasti. Mutta mitä onkaan sen sisällä?
Keltuainen koostuu kahdesta osasta. Sisäydin on kiinteä metallipallo, suunnilleen kuun kokoinen. Sitä ympäröi nestemäinen ulkoydin. Se on valtava kerros nestemäistä rautaa ja nikkeliä, noin 2 200 kilometrin paksuinen. Se vastaa etäisyyttä Lontoosta New Yorkiin, vain piilossa maanpinnan alla.
Ja tässä tulee se jännittävä osuus: kun tämä sula rauta liikkuu, se synnyttää sähkövirtoja. Niistä puolestaan muodostuu maapallon magneettikenttä. Se on näkymätön voima, joka kääntää kompassinne pohjoiseen ja suojelee meitä auringon haitalliselta säteilyltä. Tutkijat kutsuvat tätä prosessia "geodynamoksi" – ja se on käytännössä se asia, joka pitää planeettamme elinkelpoisena.
Suuri käänne vuonna 2010
Vuosikymmenten ajan tutkijat seurasivat maapallon magneettikentän pieniä muutoksia. He uskoivat ymmärtävänsä, miten tämä syvä nestekerros käyttäytyy. Oletus oli, että suurin osa ulkoytimestä virtaa länteen – hitaasti ja vakaasti.
Sitten tuli vuosi 2010.
Jotain muuttui dramaattisesti Tyynenmeren alla. Valtava alue rautapitoista nestettä, joka oli laiskasti liikkunut länteen, vaihtoi yhtäkkiä suuntaa ja alkoi virrata itään. Tutkijat kutsuivat sitä "laajamittaiseksi virtauksen suunnanvaihdokseksi". Ja tässä kohtaa asia todella kiinnostaa: kukaan ei tiedä, mikä sen aiheutti.
Aivan oikein. Emme tiedä miksi tämä tapahtui.
Satelliitit pelastavat tilanteen
Tässä päästään korkealle teknologialle. Tutkijat ovat alkaneet käyttää satelliitteja kurkistamaan maapallon sisälle tavalla, joka olisi vaikuttanut tieteiskirjallisuudelta pari vuosikymmentä sitten.
Euroopan avaruusjärjestön ESAn Swarm-tehtävä – kolme satelliittia, jotka laukaistiin vuonna 2013 – on ollut ratkaiseva näiden muutosten seurannassa. Jokainen satelliitti kantaa erittäin herkkiä magnetometrejä, jotka mittaavat maapallon magneettikenttää hämmästyttävällä tarkkuudella. Koska ne kiertävät huolellisesti koordinoiduissa radoissa, ne pystyvät erottamaan ytimen syvyyksistä tulevat magneettiset signaalit kuoren, valtamerien, ionosfäärin ja magnetosfäärin signaaleista.
Se on kuin kolme etsivää työskentelisi yhdessä eristääkseen yhden tietyn äänen valtavasta väkijoukosta.
Yhdistettynä muiden tehtävien dataan tutkijat ovat nyt rekonstruoineet virtauskuvioita ytimen ja vaipan rajavyöhykkeellä ennennäkemättömällä tarkkuudella. Löydökset julkaistiin Journal of Studies of Earth's Deep Interior -julkaisussa.
Tämä muuttaa kaiken (vai muuttaako?)
Tämä löydös on todella merkittävä: tutkijat olettivat, että ulkoytimen laajamittainen kiertoliike on suhteellisen vakaata. Pieniä häiriöitä tietysti esiintyy, mutta kokonaisuuden piti pysyä muuttumattomana vuosikymmeniä.
Vuoden 2010 käänne haastaa tuon oletuksen.
"Se viittaa siihen, että järjestelmä voi vaihdella paljon nopeammin kuin aiemmin uskottiin", tutkimusryhmä totesi. Emme puhu miljoonien vuosien asteittaisista muutoksista – tämä oli dramaattinen muutos, joka tapahtui melkein yhtäkkiä geologisessa aikataulussa.
Tutkimuksen pääkirjoittaja Frederik Dahl Madsen Edinburghin yliopistosta tiivisti asian osuvasti: "Tyynenmeren alla tapahtunut laajamittainen virtauksen suunnanvaihdokas avaa uusia kysymyksiä maapallon syvän sisäosan käyttäytymisestä."
Odota – liittyykö tämä sisäytimeen?
Tässä asia muuttuu entistäkin kiehtovammaksi. Tutkimusryhmä on huomannut jotain hämmästyttävää: Tyynenmeren alla tapahtuneen itään suuntautuvan virtauksen nousu sattuu samaan aikaan sisäytimen käyttäytymisen muutosten kanssa – sen kiinteän metallipallon kanssa maapallon keskellä.
Geodeesian ja seismologian dataa käyttäen tutkijat ovat päätelleet, että sisäydin saattaa tehdä omia temppujaan juuri nyt. Ja tutkijaryhmä esittää hypoteesin: nämä muutokset saattavat olla yhteydessä toisiinsa – kuin kaksi tanssijaa reagoisi samaan musiikkiin, vaikka emme kuulisikaan melodiaa.
Voiko olla yhteys kiinteän sisäytimen ja sitä ympäröivän nestemäisen ulkoytimen välillä? Sitä tutkijat haluavat nyt selvittää.
Onko se jo forsin?
Tässä tulee juonikäänne: Tyynenmeren alla tapahtunut voimakas itään suuntautuva virtaus on itse asiassa heikentynyt vuodesta 2020 lähtien.
Tämä avaa jännittäviä mahdollisuuksia. Ehkä käänne oli vain väliaikainen poikkeama – lyhyt häiriö muuten vakaassa järjestelmässä. Tai ehkä se on osa pidempää luonnollista kiertokulkua, kuten hitaasti edestakaisin heiluva heiluri vuosisatojen aikana.
Rehellinen vastaus? Emme tiedä vielä. Mutta jatkuva seuranta on välttämätöntä.
Miksi sinun pitäisi välittää?
Tiedän mitä ajattelet: "Siistiä tiedettä, mutta mitä väliä sillä on minulle?"
Ensinnäkin maapallon magneettikenttä pitää meidät kirjaimellisesti hengissä. Se kääntää haitallisen säteilyn pois auringosta ja estää aurinkotuulia repimästä ilmakehäämme pois. Ymmärtämällä miten geodynamo toimii, ymmärrämme miten tämä suoja saattaa muuttua ajan myötä.
Toiseksi tämä löydös muistuttaa meitä siitä, kuinka paljon emme vielä tiedä omasta planeetastamme. Näemme galakseja miljardeja valovuosia kaukana, mutta fundamentaalisia mysteereitä tapahtuu vain muutaman tuhannen kilometrin syvyydessä jalkojemme alla. Se on sekä nöyryyttävää että jännittävää.
Kolmanneksi maapallon sisäosan ymmärtäminen auttaa meitä ymmärtämään myös muita planeettoja. Sama fysiikka, joka pyörittää geodynamoamme, saattaa toimia muualla aurinkokunnassa – ja tietämyksemme omasta "pihastamme" antaa vihjeitä planeettojen käyttäytymisestä kaikkialla.
Kaiken kaikkiaan
Tässä on todellinen tieteellinen mysteeri. Jotain maapallon syvyydessä muutti suuntaa dramaattisesti vuonna 2010, emmekä ymmärrä täysin miksi. Uusi satelliittiteknologia antaa meille vihdoin työkalut havaita näitä kaukaisia prosesseja, ja tulokset haastavat pitkään pidetyt oletukset.
Kuten Anja Stromme, ESAn Swarm-tehtävän johtaja, totesi: "Pitkäaikaiset satelliittimittaukset mahdollistavat tutkijoille geodynamon muutosten seurannan lähes reaaliaikaisesti."
Joten kun seuraavan kerran käytät kompassia, katsot revontulia tanssivan taivaalla tai tunnet kiitollisuutta siitä, että ilmakehämme on edelleen ehjä – muista, että jossain kaukana jalkojesi alla metallinesteen joki liikkuu tavalla, jota alamme vasta ymmärtää.
Ja rehellisesti? Se on aika hämmästyttävää.