בעומק אלפי קילומטרים יש לכדור הארץ שתי שכבות ליבה: ליבה פנימית מוצקה וליבה חיצונית נוזלית. סביב הליבה נמצאת מעטפת כדור הארץ, כשביניהן מפריד תחום אי הרציפות וייכרט-גוטנברג. אזור בצורת דונאט שזה עתה התגלה נמצא בחלק העליון של הליבה החיצונית, שם הליבה הנוזלית פוגשת את המעטפת.
פרופ' הרווייה טקאלצ'יץ', גאופיזיקאי באוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה, שערך את המחקר יחד עם ד"ר שיאולונג מא, עמיתו מהאוניברסיטה האוסטרלית, אומר שהגלים הסיסמיים שזוהו במחקר איטיים יותר באזור החדש שהתגלה מאשר בשאר הליבה החיצונית הנוזלית.
4 צפייה בגלריה
חתך של ליבת כדור הארץ, המראה את האזור דמוי הדונאט שמכיל יותר יסודות קלים ומקביל לקו המשווה
(איור: Hrvoje Tkalčić, Xiaolong Ma, Science Advances)
4 צפייה בגלריה
ליבת כדור הארץ, שכוללת אזור דמוי דונאט (באדום) שנמצא בסמוך לקו המשווה
(איור: Hrvoje Tkalčić, Xiaolong Ma)
"הגלים הסיסמיים שנוצרו כתוצאה מרעידות אדמה משמשים כמעין אולטרסאונד כדי 'לראות' את הצורה והמבנה של הליבה", אמר הגאופיזקאי. "האזור החדש שהתגלה הוא דמוי דונאט בצורתו ומקביל לקו המשווה. איננו יודעים את עוביו המדויק של אזור זה, אולם להערכתנו עוביו נע סביב כמה מאות קילומטרים".
במקום להשתמש בטכניקות מסורתיות של תצפית גלים סיסמיים ותצפית באותות שנוצרו על ידי רעידות אדמה בתוך השעה הראשונה, מחברי המחקר ניתחו את קווי הדמיון בין צורות גל שעות רבות לאחר זמני המקור של רעידת האדמה, מה שהוביל לתגלית הייחודית.
"על ידי הבנת הגאומטריה של נתיבי הגלים וכיצד הם חוצים את נפח הליבה החיצונית, שחזרנו את תנועתם וגילינו כי באזור שהתגלה מואטת תנועתם של הגלים הסיסמיים בכ-2% מאשר בשאר הליבה", הסביר פרופ' טקאלצ'יץ'. "המבנה המוזר נשאר נסתר עד כה, מכיוון שמחקרים קודמים אספו נתונים עם פחות כיסוי נפחי של הליבה החיצונית על ידי צפייה בגלים שהיו מוגבלים בדרך כלל תוך שעה אחת לאחר זמני המקור של רעידות אדמה גדולות. כעת, הצלחנו להשיג כיסוי נפחי טוב בהרבה מכיוון שחקרנו את הגלים המהדהדים במשך שעות רבות לאחר רעידות אדמה גדולות".
ד"ר מא הוסיף שהתגלית חושפת כמה תעלומות של הדינמיקה של השדה המגנטי של כדור הארץ. "יש עדיין תעלומות לגבי הליבה החיצונית של כדור הארץ שעדיין לא נפתרו, מה שדורש מאמצים רב-תחומיים מסיסמולוגיה, פיזיקת מינרלים, גאומגנטיות וגאודינמיקה".
שני מחברי המחקר, שפורסם בכתב העת Science Advances, מאמינים כי ידע רק יותר על הרכב הליבה החיצונית של כדור הארץ, כולל יסודות כימיים קלים שנמצאים בו (כגון סיליקון, חמצן, גופרית, מימן ופחמן), הינו הכרחי להבנת השדה המגנטי וניבוי מתי הוא עלול להיחלש או להיעלם לגמרי.
"ממצאי המחקר שלנו מעניינים מכיוון שהמהירות הנמוכה הזו בתוך הליבה הנוזלית מרמזת על ריכוז גבוה של יסודות כימיים קלים, שגורמים להאטת הגלים הסיסמיים. היסודות הקלים הללו, לצד הפרשי הטמפרטורה בין החלק התחתון של הליבה החיצונית (שהינו חם יותר) לחלקה העליון, גורמים למתכת הנוזלית לנוע כמו מים רותחים בסיר על הכיריים - תהליך זה נקרא הסעה תרמית. סיבוב כדור הארץ והליבה הפנימית המוצקה גורמים לנוזל של הליבה החיצונית לנוע במערבולות אנכיות ארוכות העוברות בכיוון צפון-דרום, כמו מפל מים ענקי", הסביר פרופ' טקאלצ'יץ'.
למעשה, תנועת המתכת הנוזלית במערבולות אלו מוסברת בתאוריית הדינמו, המתארת כיצד נוצר השדה המגנטי של כדור הארץ. שדה מגנטי זה מהווה כאמור את הבסיס למחייה על כדור הארץ, שכן בלעדיו רוח השמש וקרינה היו מזיקות ומונעות את החיים על פניו. "דינמיקת השדה המגנטי של כדור הארץ היא תחום בעל עניין רב בקהילה המדעית, כך שממצאי המחקר שלנו מהווים צעד חשוב נוסף בחקר השדה המגנטי של כדור הארץ ושל כוכבי לכת אחרים", סיכם פרופ' טקאלצ'יץ'.
