1. oldal

A geológusok hosszú ideje tisztában vannak azzal, hogy a Föld 2900 kilométeres mélységben kezdődő magja egy sűrű, különféle kémiai anyagokkal felturbózott vasgolyó, amely nagyjából akkora, mint a Mars, és legalább annyira idegen számunkra, mint a vörös bolygó. Szinte elképzelhetetlennek tűnik, hogy a lábunk alatt valahol a mélyben egy olyan világ rejtőzik, ahol a légköri nyomás 3,5 milliószorosa uralkodik, a hőmérséklet pedig eléri az 5500 Celsius fokot, vagyis a Nap felszíni hőmérsékletét.

A kutatók azt is pontosan tudják, hogy pontosan ez a Földben rejtőző idegen világ teszi a külső részeket otthonossá és lakhatóvá számunkra. A mag hője segít vezérelni a tektonikus lemezekből kirakósként összeálló kérget, és ezek mozgásai révén formálódtak meg a felszín jellegzetes képződményei: a hegyek, a völgyek, a tengerek mélye. A vasmagban létrejövő áramlások generálják a bolygó mágneses terét, amely megvédi a felszínt a kozmikus sugárzás veszélyeitől, vezérli a madarak vonulását és időről időre látványos sarki fényeket produkál.

A legújabb kutatások szerint azonban elképzelhető, hogy még a létező modellek sem elég drámaiak annak a helyzetnek leírására, ami valójában a mélyben folyik. Dario Alfè, a University College London kutatója és kollégái a Nature oldalain számolnak be kutatásuk eredményeiről. Tanulmányukban bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a mag külső rétegei két-háromszor annyi hőt adnak kondukció, azaz hővezetés révén, mint ahogy azt a korábbi számítások feltételezték.

Ilyen mennyiségű hőtöbbletnek valahonnan származnia kell, úgyhogy valami más is történik a magban, mint amit a kutatók az eddigiek során feltételeztek. Az új tanulmány szerzői, valamint a szakma többi kutatója több dolgot is elképzelhetőnek tartanak a jelenség magyarázatára. Lehetséges például, hogy a magban sokkal több radioaktív anyag van, mint azt eredetileg feltételezték, és ennek bomlása szolgáltatja a hőtöbbletet. Egy másik ‒ meglehetősen katasztrófafilmes ‒ elképzelés szerint a magban található folyékony vas riasztóan gyors ütemben szilárdulni kezdett, és közben nagy mennyiségű hőt ad le. A harmadik lehetőség, hogy a magban található vasötvözetek és a fölötte található köpeny szilikátjai között fellépő reakciók sokkal hevesebbek a korábban elképzeltnél. És persze az sem kizárható, hogy valami egészen más rejtélyes, és egyelőre ismeretlen ok áll a háttérben.

Alfé véleménye szerint egy dolog biztos: a szakma rendkívül izgatott annak gondolatától, hogy valami új, az eddigiek során nem megismert mechanizmus működésének nyomára bukkantak. Más rejtélyekre is fény derült az elmúlt évek geológiai kutatásai során. A jelek arra utalnak, hogy a belső mag némileg gyorsabban forog a bolygó többi részénél, bár komoly viták folynak annak ügyében, hogy pontosan mennyivel is gyorsabb ez a forgás, és egyáltalán hogy képes legyőzni a köpeny gravitációjából adódó „visszahúzó erőt”.

Miaki Ishii és harvardi kollégái szerint a Föld magja sokkal inkább hasonlít egy Matrjoska babára, mint a jelenleg általánosan elfogadott két részből álló szerkezetre. Rámutatnak arra, hogy a szeizmikus adatok tanúsága szerint a folyékony külső magon, és vasból és nikkelből álló, szilárd belső magon belül létezik egy úgynevezett legbelső magrész is, amely 600 kilométer átmérőjű és a feltevések szerint tisztán vasból áll, minden más kémiai elemet kiszorítva magából. 

2. oldal

A Föld magjának szakértői tehát legalább annyi rejtéllyel szembesülnek, mintha legalábbis egy másik bolygót kutatnának. Ami tudható bolygónk belsejéről, annak többségét a földrengések során keletkező szeizmikus hullámok révén ismerték meg a tudósok. John Vidale, a Washingtoni Egyetem kutatójának elmondása szerint a földrengések túlnyomó többsége a bolygó felső, 50 kilométer vastag rétegéből ered. A legmélyebben elhelyezkedő hipocentrumot nyolcszáz kilométeres mélységben azonosították, ami még mindig bőven a köpeny felső részét jelenti. A földrengések során azonban szeizmikus hullámok generálódnak, melyek bejárják a bolygó egész belsejét, így a magon is keresztülhaladnak.

Egyes rengések természetesen kedvezőbbnek bizonyulnak magkutatási szempontból, mint mások. Ishii elmondása szerint a legjobbak a mély hipocentrumú rengések, mivel ezek általában tisztább és élesebb képet nyújtanak a magról. A kutató és kollégái a mesterséges rengések, vagyis a felszín alatti nukleáris tesztek szeizmikus adatait is átvizsgálták. A szovjet és orosz atomrobbantások például meglepően hasznos adatsorokat szolgáltattak magtani szempontból, mondja Ishii. A robbantások egyik nagy előnye egyébként, hogy pontosan ismert a kiindulási pont, amit a földrengések estében külön ki kell következtetni.

Vannak persze más módszerek is a mag tanulmányozására. Lehet apróbb méretekben szimulálni az ottani körülményeket, például egy aprócska vasötvözetet tenni egy gyémánthegyre, majd nagy nyomásnak kitenni a rendszert egy jól irányzott puskalövéssel. Megint mások a számítógépes modellek hívei. És persze az örök kedvenc: David J. Stevenson, a Caltech bolygókutatójának 2003-ban, a Nature oldalain megjelent tanulmánya, amelyben azt javasolta, hogy egy aprócska szondát küldjenek le a magba mintavétel céljából. (Ez utóbbi írás egyébként mindössze másfél hónappal A mag című film premierje után jelent meg.)

A mag működése észlelhető jeleket hagy a felszínen is az általa generált mágneses mezőnek köszönhetően. A sziklákba „fagyott” mágneses részecskék tanúsága szerint a mező és az azt létrehozó magi mechanizmus ‒ ahogy a kutatók emlegetik: a geodinamó ‒ legalább 3 milliárd éve működésben van. Rejtélyes és egyelőre ismeretlen okok miatt a mágneses mező időnként átfordul, minimum százezer, de időnként inkább egymillió évente a pólusok helyet cserélnek egymással. Ezt a folyamatot gyakran a mágneses mező számottevő meggyengülése előzi meg. A jelenlegi északi irányultságú mező csaknem 800 ezer éve létezik, és az utóbbi száz évben tíz százalékkal csökkent az erőssége, ami azt sugallja, hogy egy újabb pólusváltás felé tartunk. Aggodalomra nincs azonban ok, mivel ha holnap elkezdődik a folyamat, akkor is olyan hosszú ideig eltart, hogy a ma élők és a jó sok minket követő generáció sehol se lesz már, mire az iránytűk ténylegesen átfordulnak. 

3. oldal

Az utóbbi évek tanulmányai alapján tehát a mag jóval strukturáltabb és vadabb, mint valaha is gondoltuk. A Föld mai gömbhéjas szerkezete a planetáris differenciálódás során a gravitáció hatására alakult ki, amikor a legnehezebb elemek, mint a vas és a nikkel, a mélybe süllyedtek, a könnyebb anyagok pedig a felszínre emelkedtek. Egyes, a vashoz könnyen kötődő anyagok szintén a magba vándoroltak, és a kutatók csak következtetni tudnak arra vonatkozólag, hogy milyen mennyiségű oxigén, kén és egyéb könnyebb elemű szennyeződés tarkíthatja az ottani vasat. A különféle rétegeket az anyag aktuális állapota vagy összetétele alapján különítették el a kutatók, így különül el a köpeny rugalmas anyaga a külső mag folyékony vasától, valamint a folyékony vas a belső mag szilárd anyagától.

A mag a Föld térfogatának hatodát, tömegének harmadát teszi ki. A külső mag folyékony vasa a kutatók szerint állagában egyáltalán nem hasonlít az olvadt kőzetekre: ha egy alkalmas védőkesztyűvel belekavarnánk, úgy folyna szét ujjaink közt, akár a víz, mondja Bruce Buffett, a Berkeley geológusa. Rendkívül alacsony viszkozitású folyadék kavarog tehát a külső mag óriási terében. Leginkább egy bolygó légköri rendszeréhez hasonlítható az itt folyó mechanizmusok bonyolultsága, folytatja a kutató. A nagy nyomás csak a belső magban gyűri le a hőmérsékletet, így ott a vas már szilárd állapotban van jelen.

A mag kicsit olyan, mintha egy elzárt darabka lenne a Föld sokkal vadabb múltjából. Az ott folyó szélsőséges folyamatokat lefojtja és megszelídíti a vastag köpeny. Ez belső forró rendszer azonban folyamatosan hőt ad le magából. Ez két módon történhet: kondukció, avagy hővezetés esetében a hő átadódik a különböző rétegek között, ahogy a serpenyő anyaga átmelegszik, konvekció esetében viszont anyagáramlás is megfigyelhető, és az áramló részecskék viszik magukkal a hőenergiát. Ez utóbbi főként a folyadékokra és a gázokra jellemző hőterjedési mód.

A kondukció az unalmasabb formája a hőenergia átadásának, hiszen a hő mozog ugyan, de a Föld maga úgymond „állva marad”. A konvekciós anyagáramlások sokkal izgalmasabbak: ezek ide-oda áramlanak a köpeny anyagában, hátunkon vonszolva a tektonikus lemezeket, és ilyenek vannak működésben a magban is, ezeknek köszönhető bolygónk mágneses terét generáló geodinamó működtetése.

Alfé és társai számítógépes modellek segítségével modellezték a magban uralkodó körülményeket, valamint az anyagi összetételt, és ez alapján jutottak arra a következtetésre, hogy a mag két-háromszor annyi hőenergiát veszít kondukció útján, mint korábban feltételezték. Amennyiben ez igaz, akkor a hagyományos energiamérleggel számolva túl kevés energia maradna a konvekciós áramlások fenntartására, és a geodinamó táplálására. Mivel úgy tűnik, hogy semmi probléma az anyagáramlások működésével, a mag nyilvánvalóan sokkal több hőt termel, mint azt eredetileg gondolták.

Buffett még egy érdekes dolgot vetett fel a Föld hőegyensúlya kapcsán. Szerinte a felszín nagy részét borító vízréteg alapvető szerepet játszik a kéregmozgásokban, mivel megkönnyíti a kőzetlemezek elmozdulását, és ezzel a konvektív áramlatok feladatát is. Azt régóta sejtjük, hogy az életnek vízre van szüksége. Talán ez a helyzet az élet hordozására képes bolygókkal is.