Gravitacija dažnai atrodo kaip savaime suprantamas dalykas: pastovi, nekintanti ir patikima. Ji suteikia mūsų kasdienybei stabilumo jausmą. Vis dėlto Žemė nėra visiškai vienalytė, todėl gravitacijos stiprumas skirtingose vietose šiek tiek kinta. Viena ryškiausių gravitacinių anomalijų aptinkama ten, kur intuicija galbūt verstų tikėtis priešingai – po Antarktida.
Ši anomalija nėra paslaptinga „skylė“, paneigianti fizikos dėsnius ar kelianti grėsmę laivams. Tai subtilus, bet realus reiškinys, aiškiai matomas palydoviniuose matavimuose ir tiksliuose Žemės modeliuose. Naujausi tyrimai rodo, kad jo priežasčių reikėtų ieškoti ne lede ir ne vien paviršiniuose geologiniuose procesuose, o giliai po Žemės pluta – lėtai judančiose uolienose, kurios šį efektą formavo dešimtis milijonų metų.
Nematoma jėga, formuojanti Antarktidą
Išgirdus apie stipriausią gravitacinę „duobę“, nesunku pasiduoti sensacijų paieškoms. Tačiau iš tiesų tai pasakojimas apie uolienų tankio skirtumus giliai po Žemės pluta. Ten, kur mantijos medžiaga yra kiek lengvesnė arba pasiskirsčiusi kitaip nei aplinkiniuose regionuose, vietinė gravitacija tampa nežymiai silpnesnė. Kasdienybėje to nepastebime, tačiau planetos masteliu net ir maži skirtumai gali turėti reikšmės.
Svarbu tai, kad vandenynai į gravitacijos pokyčius reaguoja tarsi į nuolydį: vanduo linkęs slinkti ten, kur traukos jėga bent truputį stipresnė. Dėl to regionuose, kur gravitacija silpnesnė, jūros paviršius Žemės centro atžvilgiu gali būti kiek žemesnis. Antarktidos apylinkėse vandenyno paviršius dėl šios anomalijos yra išmatuojamai žemesnis, nei būtų be tokio efekto. Nors skamba abstrakčiai, tai svarbu modeliuojant vandenynų cirkuliaciją ir jūros lygio pokyčius.
Įdomiausia, kad tyrėjai neapsiriboja teiginiu „taip yra“. Jie siekia atsakyti, kaip ir kada tai susiformavo. Čia išryškėja reikšmingas sutapimas: laikotarpis, kai antarktinis gravitacinis įdubimas stiprėjo, sutampa su dideliais Antarktidos klimato pokyčiais, įskaitant plataus masto apledėjimo pradžią. Tai leidžia svarstyti, kad Žemės gelmės gali būti ne vien pasyvi „scena“, bet ir vienas iš ilgalaikių klimato sistemos veiksnių.
Kaip „permatomas“ Žemės vidus?
Norint suprasti tai, ko nematome, reikia tinkamo „žibinto“. Šiuo atveju juo tampa žemės drebėjimai. Seisminės bangos sklinda per Žemę ir „užkoduoja“ informaciją apie terpę, kuria juda: patekusios į kitokio tankio, temperatūros ar sudėties sritis, jos keičia greitį ir kitus parametrus. Taip jau ne vieną dešimtmetį kuriami trimačiai Žemės vidaus struktūros modeliai.
Nagrinėjamame tyrime panaudoti pasauliniai seisminių stebėjimų duomenys ir fizikiniais dėsniais paremtas modeliavimas, leidęs atkurti Žemės vidaus sandarą ir numatyti gravitacinio lauko pasiskirstymą paviršiuje. Tai nėra vien paprastas duomenų „suklijavimas“: čia taikomas nuoseklus fizikinis modelis, parodantis, kaip masės pasiskirstymas gelmėse sukuria stebimą gravitacijos lauką.
Patikimumą sustiprina tai, kad modeliavimo rezultatai palyginti su palydoviniais gravitacijos matavimais, kurie laikomi vienu tiksliausių šiuolaikinių metodų. Geras atitikimas rodo, jog modelis neapsiriboja teorija, o gana tiksliai atspindi realybę. Tik tuomet prasminga žengti kitą žingsnį – bandyti rekonstruoti praeitį.
70 milijonų metų atgal: kada „duobė“ ėmė stiprėti?
Įdomiausia šios istorijos dalis prasideda tuomet, kai mokslininkai imasi atkurti ankstesnes sąlygas. Jei įmanoma sukurti modelį, tiksliai aprašantį dabartį, galima vykdyti simuliacijas ir mėginti atsekti, kaip masių pasiskirstymas Žemės gelmėse kito per milijonus metų.
Rezultatas gana aiškus: antarktinis gravitacinis įdubimas ne visada buvo toks ryškus kaip dabar. Rekonstrukcijose ankstesniais laikotarpiais jis silpnesnis, o ryškėti pradeda maždaug prieš 50–30 milijonų metų. Geologiniu požiūriu tai nėra „vakar“, tačiau tai ir ne itin senas etapas Žemės istorijoje – būtent tuo metu pietų pusrutulyje vyko reikšmingi klimato virsmai.
Čia atsiranda svarbi užuomina: gravitacinei anomalijai ryškėjant, panašiu laikotarpiu Antarktida perėjo į plataus masto apledėjimo būseną. Vien sutampančių datų nepakanka tiesioginei priežastinei išvadai, tačiau tai rimtas pagrindas klausti, ar kintantis gravitacinis laukas, jūros lygio pasiskirstymas ir litosferos kilimo bei smukimo procesai galėjo drauge sudaryti sąlygas stabiliai ledyninei dangai atsirasti ir išlikti.
Ką gravitacinė duobė daro vandenynams – ir kodėl tai nėra tik įdomybė?
Ten, kur gravitacija silpnesnė, vanduo turi tendenciją slinkti link vietų, kur traukos jėga stipresnė. Tai reiškia, kad vandenyno paviršius nėra ideali sfera ar matematiškai lygi plokštuma. Jis yra „banguotas“ fizine prasme, o šiuos skirtumus apibūdina geoido sąvoka – įsivaizduojamas paviršius, rodantis, kaip vanduo pasiskirstytų veikiamas vien gravitacijos.
Antarktidos regione geoidas yra žemesnis, nei būtų be šios gravitacinės anomalijos. Tai gali veikti vandenynų slėgio pasiskirstymą, srovių trajektorijas ir tai, kaip interpretuojami vietiniai jūros lygio matavimai. Klimato ir geofizikos tyrimuose tai nėra vien smalsumą tenkinanti detalė: tai parametras, galintis pagerinti arba pabloginti modelių tikslumą, ypač vertinant procesus ilgose laiko skalėse.
Esama ir praktiško aspekto. Norint patikimiau prognozuoti didžiulių ledo sluoksnių elgesį, nepakanka žinoti vien oro ar vandens temperatūras. Reikia suprasti ir tai, kaip kinta santykinis jūros lygis bei žemynų paviršiaus aukštis. Šie rodikliai kartais tiesiogiai priklauso nuo procesų giliai Žemės viduje. Vertinant ledo skydo stabilumą šimtų ar tūkstančių metų masteliu, lėti gelmių mechanizmai tampa nebe antraeiliai – jie virsta pamatine visos sistemos dalimi.
