Atrodo, kad gravitacija yra vienas tų dalykų, kurie tiesiog egzistuoja: pastovi, nekintanti, patikima. Į ją remiasi visas mūsų „normalumo“ jausmas. Tačiau Žemė turi savų kaprizų – ir tai galima labai tiksliai išmatuoti. Gravitacijos stiprumas šiek tiek skiriasi priklausomai nuo vietos, o vienas ryškiausių „gravitacinių duobių“ yra ten, kur nuojauta verčiau leistų tikėtis priešingybės – po Antarktida.
Ši anomalija nėra jokia magiška skylė, kuri įtrauktų laivus ar paneigtų fizikos dėsnius. Tai subtilus efektas, tačiau pakankamai realus, kad būtų aiškiai matomas palydovų duomenyse ir tiksliuose Žemės modeliuose. Nauji tyrimai rodo, kad šio reiškinio priežasčių reikia ieškoti ne lede ir ne paviršiniuose geologiniuose procesuose, o giliai po mūsų kojomis – lėtai judančiose uolienose, kurios šį efektą formavo dešimtis milijonų metų.
Nematoma jėga, formuojanti Antarktidą
Išgirdę apie stipriausią gravitacinę duobę, instinktyviai linkstame prie sensacijų. Tačiau iš tikrųjų tai – pasakojimas apie skirtingą uolienų tankį giliai po Žemės pluta. Ten, kur Žemės gelmių medžiaga yra šiek tiek lengvesnė arba išsidėsčiusi kitaip nei aplinkiniuose regionuose, vietinė gravitacija tampa nežymiai silpnesnė. Kasdienybės masteliu tai visai nepastebima. Tačiau planetos ir vandenynų masteliu tokie skirtumai jau tampa reikšmingi.
Esminis dalykas yra tas, kad vandenynai į gravitacijos pokyčius reaguoja taip, lyg reaguotų į nuolydį. Vanduo „mėgsta“ tekėti link vietų, kuriose traukos jėga vos stipresnė. Todėl regionuose, kur gravitacija silpnesnė, jūros paviršius Žemės centro atžvilgiu gali būti truputį žemesnis. Dėl savo gravitacinės anomalijos Antarktida yra apsupta vandenyno, kurio paviršius yra išmatuojamai žemesnis, nei būtų be šio efekto. Skamba abstrakčiai, tačiau tokios smulkmenos aiškiai matomos modeliuojant vandenynų cirkuliaciją ir jūros lygio pokyčius.
Įdomiausia tai, kad naujojo darbo autoriai nesustoja ties konstatuota išvada „taip yra“. Jie bando atsakyti, kaip ir kada tai nutiko. Tai veda prie stulbinančio sutapimo: laikotarpis, per kurį stiprėjo antarktinis gravitacinis įdubimas, sutampa su didžiuliais Antarktidos klimato pokyčiais, tarp jų – su plačiai išplitusio apledėjimo pradžia. Tai primena scenarijų, kuriame Žemės gelmės nėra vien neutrali „scena“, o vienas iš klimato kaitos veikėjų.
Kaip „permatomas“ Žemės vidus?
Norint suprasti tai, ko nematome, reikia tinkamo „žibinto“. Šiuo atveju juo tampa žemės drebėjimai. Seisminės bangos sklinda per planetą ir neša informaciją apie terpę, kuria juda. Sutikusios kitokio tankio, temperatūros ar sudėties sritis, jos keičia greitį ir kitus parametrus. Būtent taip mokslininkai jau daug metų kuria trimates Žemės vidaus struktūros schemas.
Nagrinėjamame tyrime buvo panaudoti pasauliniai seisminių stebėjimų duomenys ir fizikiniais dėsniais paremtas modeliavimas, leidęs atkurti Žemės vidaus sandarą ir numatyti gravitacinio lauko pasiskirstymą paviršiuje. Čia svarbu pabrėžti, kad tai nėra paprastas duomenų „suklijavimas“, o nuoseklus fizikinis modelis, parodantis, kaip masės išsidėstymas planetos gelmėse sukuria stebimą gravitacijos lauką.
Tyrimo patikimumą itin sustiprina tai, jog modeliavimo rezultatai buvo palyginti su palydoviniais gravitacijos matavimais, kurie šiandien laikomi aukso standartu. Geras suderinamumas rodo, kad modelis nėra vien „graži teorija“, o tiksliai atspindi realybę. Tik tuomet prasminga imtis kito žingsnio – pabandyti atsukti laiką atgal.
70 milijonų metų atgal: kada „duobė“ ėmė stiprėti?
Labiausiai į kino scenarijų panašus šios istorijos etapas prasideda tuomet, kai mokslininkai ima rekonstruoti praeitį. Jei gebame sukurti modelį, tiksliai aprašantį dabartį, galime paleisti simuliaciją atgal ir bandyti atsekti, kaip kito Žemės vidaus masių išsidėstymas milijonus metų.
Rezultatas gana aiškus: antarktinis gravitacinis įdubimas ne visada buvo toks ryškus kaip dabar. Rekonstrukcijose jis atrodo silpnesnis ankstyvesniais laikotarpiais, o stiprėti pradeda maždaug prieš 50–30 milijonų metų. Geologiniu požiūriu tai nėra „vakar“, tačiau ir ne „amžinybė“, apie šį intervalą galime kalbėti kaip apie laiką, kai pietų pusrutulyje vyko esminiai klimato virsmai.
Čia išryškėja svarbiausia užuomina: anomaliai stiprėjant gravitacinei duobei, panašiu metu Antarktida persijungė į plataus masto apledėjimo būseną. Iš paprasto datų sutapimo dar negalima automatiškai daryti išvados apie tiesioginę priežastį, tačiau tai pakankamai rimta priežastis klausti, ar kintantis gravitacinis laukas, jūros lygis ir litosferos (žemynų) kilimas bei smukimas galėjo bendrai sudaryti sąlygas stabilioms ledyninėms kepurėms atsirasti ir išlikti.
Ką gravitacinė duobė daro vandenynams – ir kodėl tai nėra tik įdomybė?
Ten, kur gravitacija silpnesnė, vanduo turi polinkį „nutekėti“ link regionų, kuriuose traukos jėga stipresnė. Praktikoje tai reiškia, kad vandenyno paviršius nėra ideali sfera ar lygi plokštuma. Jis yra fiziškai „banguotas“, o šiuos skirtumus apibūdina geoidės sąvoka – tai įsivaizduojama paviršius, atitinkantis, kaip išsidėstytų vanduo veikiant vien gravitacijai.
Antarktidos regione ši geoide yra žemiau, nei būtų be gravitacinės anomalijos. Tai gali veikti vandenynų slėgio pasiskirstymą, srovių eigą ir tai, kaip interpretuojami vietiniai jūros lygio matavimai. Klimato ir geofizikos tyrėjams tai – ne smulkmena rubrikai „įdomūs faktai“, o parametras, galintis pagerinti arba pabloginti modelių tikslumą, ypač nagrinėjant ilgas laiko skales.
Fone slypi ir labai praktiškas aspektas: norėdami prognozuoti didžiulių ledo sluoksnių elgesį, turime suprasti ne tik oro ir vandens temperatūrą, bet ir tai, kaip kinta santykinis jūros lygis bei žemynų aukštis. O šie dalykai kartais tiesiogiai priklauso nuo procesų giliame Žemės viduje. Jei kalbame apie ledo skydo stabilumą šimtų ar tūkstančių metų masteliu, tokie lėti mechanizmai staiga nustoja būti „lėti“ – jie tampa pamatine visos sistemos dalimi.
