Μια παράξενη τρύπα βαρύτητας κάτω από την Ανταρκτική
Αρκτικό παγόβουνο που επιπλέει στα κρύα ωκεάνια νερά κάτω από τον νεφελώδη ουρανό.Τοπίο της Ανταρκτικής. Από: Wikimedia Commons.
Μια παράξενη τρύπα βαρύτητας κάτω από την Ανταρκτική μπορεί να είναι ο λόγος που η ήπειρος πάγωσε πριν από εκατομμύρια χρόνια.
Οι ερευνητές γύρισαν το ρολόι 70 εκατομμύρια χρόνια πίσω για να λύσουν το μυστήριο της τρύπας βαρύτητας της Ανταρκτικής.
Έχουμε την τάση να θεωρούμε τη βαρύτητα ως την πιο σταθερή που γίνεται. Είναι η αόρατη άγκυρα που κρατά τα πόδια μας στο έδαφος και τους ωκεανούς στους πυθμένες τους. Αλλά αν κοιτάξετε αρκετά προσεκτικά - και αρκετά βαθιά - δεν είναι καθόλου σταθερή. Η βαρύτητα δεν είναι μια ομοιόμορφη κουβέρτα τυλιγμένη γύρω από τον πλανήτη. Αντίθετα, είναι ένα άμορφο, μεταβαλλόμενο πάπλωμα, πιο λεπτό σε ορισμένα σημεία και πιο παχύ σε άλλα.
Αυτή τη στιγμή, η βαθύτερη «τρύπα» σε αυτό το στρώμα - το σημείο όπου η βαρύτητα είναι πιο αδύναμη σε σχέση με την εσωτερική αναταραχή του πλανήτη - βρίσκεται ακριβώς κάτω από την παγωμένη έκταση της Ανταρκτικής.
Για χρόνια, οι επιστήμονες αντιμετώπιζαν αυτή τη βαρυτική ανωμαλία, γνωστή ως Χαμηλό Γεωειδές της Ανταρκτικής (AGL), ως ένα στατικό χαρακτηριστικό. Αλλά μια νέα μελέτη κατάφερε να γυρίσει πίσω τον χρόνο, αποκαλύπτοντας ότι είναι δυναμική, ανήσυχη και σχετικά νεαρή.
Ανασυνθέτοντας την κίνηση του μανδύα της Γης τα τελευταία 70 εκατομμύρια χρόνια, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτή η τρύπα βαρύτητας βάθυνε σημαντικά ακριβώς τη στιγμή που η Ανταρκτική πάγωνε - μια σύμπτωση που υποδηλώνει ότι η βαθιά Γη που στροβιλιζόταν μπορεί να ήταν το αόρατο χέρι που ενθάρρυνε την ανάπτυξη των μεγαλύτερων παγοκαλύμματος του πλανήτη.
Άποψη της Γης ως γεωειδούς, ενός ανώμαλου σχήματος που θα εμφανιζόταν ελλείψει της ωκεάνιας δραστηριότητας. Το γεωειδές (η επιφάνεια ίσου βαρυτικού δυναμικού ενός υποθετικού ωκεανού σε ηρεμία) χρησιμεύει ως η κλασική αναφορά για όλα τα τοπογραφικά χαρακτηριστικά. Αυτό το συγκεκριμένο γεωειδές κατασκευάστηκε από την αποστολή σταθερής κατάστασης Ocean Circulation Explorer (GOCE) της ESA. Από: ESA.
Το παράδοξο της άμορφης πατάτας
Αν αφαιρούσαμε τις παλίρροιες και τα ρεύματα, η επιφάνεια του ωκεανού θα σχημάτιζε ένα σχήμα που ονομάζεται γεωειδές. Αυτό είναι το σχήμα που θα έπαιρνε η επιφάνεια του ωκεανού υπό την επίδραση μόνο της βαρύτητας και της περιστροφής της Γης. Επειδή τα πυκνά πετρώματα έλκονται πιο δυνατά από τα ελαφρά πετρώματα, το γεωειδές είναι ανώμαλο - ένας χάρτης βαρυτικού δυναμικού σε σχήμα πατάτας.
Συνήθως, οι χάρτες δείχνουν το βαθύτερο χαμηλό βαρυτικό πεδίο στον Ινδικό Ωκεανό. Αλλά αυτοί οι προηγούμενοι χάρτες βασίζονται σε ένα «ελλειψοειδές αναφοράς» που λαμβάνει υπόψη μόνο το σχήμα της Γης. Όταν οι ερευνητές αφαιρούν την ισοπέδωση που προκαλείται από την ημερήσια περιστροφή της Γης για να εξετάσουν αποκλειστικά τις «μη υδροστατικές» δυνάμεις - την ώθηση και την έλξη του μανδύα - η ισχυρότερη βαρυτική υποπίεση αναδύεται πάνω από τη Θάλασσα Ρος στην Ανταρκτική.
«Προκαλούμενες από διαφορετικές πυκνότητες πετρωμάτων πολύ κάτω από την επιφάνεια της Γης, αυτές οι διακυμάνσεις στη βαρύτητα είναι μικρές σε απόλυτους όρους. Αλλά μπορούν να έχουν ιδιαίτερα μεγάλες επιπτώσεις στους ωκεανούς», εξηγεί ο Αλεσάντρο Φόρτε, καθηγητής γεωφυσικής στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα.
Το νερό ρέει μακριά από την ασθενή βαρύτητα προς περιοχές με ισχυρότερη έλξη. Αυτό σημαίνει ότι η επιφάνεια της θάλασσας γύρω από την Ανταρκτική βρίσκεται μετρήσιμα χαμηλότερα από ό,τι θα βρισκόταν διαφορετικά, δημιουργώντας μια μοναδική οριακή συνθήκη για τις άκρες της ηπείρου.
Επανατύλιξη της πλανητικής ταινίας
Το λιώσιμο των πολικών πάγων πάνω από την Ανταρκτική φαίνεται σε τέσσερις χάρτες με αλλαγές θερμοκρασίας με την πάροδο του χρόνου.
Χρονικά εξαρτώμενες προβλέψεις γεωειδών με επίκεντρο την Ανταρκτική. Από: Scientific Reports (2025).
Η χαρτογράφηση της βαρυτικής οπής σήμερα είναι ένα πράγμα και το να προσδιορίσουμε πότε έφτασε είναι κάτι άλλο. Για να το πετύχουν αυτό, ο Forte και ο συνάδελφός του Petar Glišović από το Ινστιτούτο Φυσικής της Γης του Παρισιού έπρεπε να κατασκευάσουν μια γεωλογική χρονομηχανή.
Χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται «κίνηση εμπρός-πίσω». Αυτή η υπολογιστική μέθοδος λαμβάνει την τρέχουσα τρισδιάστατη εικόνα του εσωτερικού της Γης και εκτελεί τις εξισώσεις φυσικής αντίστροφα. Οι ερευνητές τροφοδότησαν το μοντέλο με ποικίλα προφίλ ιξώδους και ανακατασκευές τεκτονικών πλακών, ζητώντας ουσιαστικά από τον υπολογιστή να «αποαναμείξει» τον μανδύα.
Επικύρωσαν το μοντέλο τους συγκρίνοντάς το με κάτι εντελώς ανεξάρτητο: την ταλάντωση της ίδιας της Γης. Καθώς η μάζα μετατοπίζεται μέσα στον πλανήτη, μεταβάλλει τη ροπή αδράνειας του πλανήτη, προκαλώντας περιπλάνηση του άξονα περιστροφής - ένα φαινόμενο που ονομάζεται Αληθινή Πολική Περιπλάνηση (TPW) .
Οι προβλεπόμενες από το μοντέλο μετατοπίσεις βαρύτητας ταίριαζαν με την «στροφική γραμμή-φουρκέτα» στην πολική τροχιά περιπλάνησης της Γης που συνέβη πριν από περίπου 50 εκατομμύρια χρόνια. Αυτός ο ανεξάρτητος έλεγχος έδωσε στους ερευνητές μεγάλη σιγουριά ότι δεν έβλεπαν απλώς στατιστικό θόρυβο.
Για να ανακατασκευάσουν την τρισδιάστατη δομή στο εσωτερικό της Γης, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επίσης δεδομένα από παγκόσμιους σεισμούς.
«Φανταστείτε να κάνετε μια αξονική τομογραφία ολόκληρης της Γης, αλλά δεν έχουμε ακτίνες Χ όπως σε ένα ιατρείο. Έχουμε σεισμούς. Τα κύματα των σεισμών παρέχουν το «φως» που φωτίζει το εσωτερικό του πλανήτη», είπε ο Φόρτε.
Η ανάδυση από τα βάθη
Η ανακατασκευή παρέπεμπε στην Καινοζωική Εποχή. Πριν από εβδομήντα εκατομμύρια χρόνια, η τρύπα βαρύτητας πάνω από την Ανταρκτική ήταν ασθενής και ασταθής. Αλλά μεταξύ 50 και 30 εκατομμυρίων ετών πριν, κάτι μετατοπίστηκε. Το χαμηλό βαρυτικό πεδίο βαθύνθηκε γρήγορα και κλειδώθηκε στην τρέχουσα θέση του.
Τι προκάλεσε αυτή την ξαφνική εμβάθυνση; Η μελέτη υποδεικνύει μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση μεταξύ της βύθισης και της ανόδου του βράχου.
Ενώ τεράστιες πλάκες κρύου, αρχαίου ωκεάνιου πυθμένα βυθίζονταν κάτω από τα όρια της Ανταρκτικής, μια αντίθετη κίνηση συνέβαινε βαθύτερα. Ένα τεράστιο σύννεφο από θερμά, αιωρούμενα πετρώματα άρχισε να ανεβαίνει από τα όρια πυρήνα-μανδύα, κινούμενο προς τα πάνω σαν μια σφαίρα κεριού σε μια πλανητική λάμπα λάβας.
«Αρχικά, το AGL υποστηρίχθηκε από σταθερές ανωμαλίες πυκνότητας του κάτω μανδύα, αλλά τα τελευταία ~40 εκατομμύρια χρόνια, μια αυξανόμενη συμβολή από την άνω άνω μανδύα - ιδιαίτερα πάνω από βάθος ~1300 χλμ. - ενίσχυσε το μέγεθος του AGL», γράφουν οι συγγραφείς.
Αυτή η αυξανόμενη θερμότητα μείωσε την πυκνότητα του μανδύα κάτω από τη Δυτική Ανταρκτική. Δεδομένου ότι η χαμηλότερη πυκνότητα σημαίνει χαμηλότερη βαρύτητα, η «τρύπα» βάθυνε καθώς το νέφος ανέβαινε.
Ένα Κρυφό Χέρι στην Εποχή των Παγετώνων;
Αυτό το αρχαίο γεγονός συνέβη σε μια κρίσιμη καμπή στην κλιματική ιστορία της Γης. Η ενίσχυση του χαμηλού βαρυτικού φορτίου της Ανταρκτικής συμπίπτει απόλυτα με τη μετάβαση από το Ηώκαινο στο Ολιγόκαινο. Αυτή ήταν η στιγμή, πριν από περίπου 34 εκατομμύρια χρόνια, όταν η Γη βυθίστηκε σε ένα κλίμα «παγοκατεψυγμένου» και η Ανταρκτική αύξησε τα τεράστια στρώματα πάγου της.
Αυτό μπορεί να μην είναι ατύχημα.
«Αν μπορέσουμε να κατανοήσουμε καλύτερα πώς το εσωτερικό της Γης διαμορφώνει τη βαρύτητα και τη στάθμη της θάλασσας, θα αποκτήσουμε εικόνα για παράγοντες που μπορεί να έχουν σημασία για την ανάπτυξη και τη σταθερότητα των μεγάλων παγοστρωμάτων», σημείωσε ο Φόρτε.
Να η σύνδεση: καθώς η τρύπα της βαρύτητας βάθαινε, θα είχε απωθήσει το νερό του ωκεανού μακριά από την ήπειρο, μειώνοντας ουσιαστικά την τοπική στάθμη της θάλασσας σε σχέση με την ξηρά. Στον κόσμο της παγετωνολογίας, τα χαμηλότερα επίπεδα της θάλασσας επιτρέπουν στα στρώματα πάγου να προσγειώνονται στην υφαλοκρηπίδα αντί να απομακρύνονται και να λιώνουν. Μειώνοντας την «γραμμή του νερού», ο αναδευόμενος μανδύας μπορεί να βοήθησε το νεοσύστατο στρώμα πάγου της Ανταρκτικής να σταθεροποιηθεί και να αναπτυχθεί.
Οι ερευνητές είναι προσεκτικοί ώστε να σημειώσουν ότι η μοντελοποίηση των ακριβών αλλαγών στη στάθμη της θάλασσας αποτελεί έργο για μελλοντική εργασία. Ωστόσο, οι συνέπειες είναι βαθιές. Συχνά σκεφτόμαστε την κλιματική αλλαγή ως ένα επιφανειακό φαινόμενο που προκαλείται από την ατμόσφαιρα και τον ήλιο. Αλλά αυτή η έρευνα υποδηλώνει ότι η αργή κίνηση της μεταφοράς θερμότητας στο εσωτερικό της Γης μπορεί επίσης να έχει σημασία (και ίσως πολύ), αλλάζοντας το σχήμα των ωκεάνιων λεκανών και το ίδιο το βαρυτικό πεδίο.
«Στόχος είναι να απαντηθεί ένα μεγάλο ερώτημα: Πώς συνδέεται το κλίμα μας με ό,τι συμβαίνει στο εσωτερικό του πλανήτη μας;» είπε ο Φόρτε.
Φαίνεται ότι για να κατανοήσουμε το μέλλον των λιωμένων πάγων μας, ίσως χρειαστεί μερικές φορές να κοιτάξουμε 1.800 μίλια κάτω από τα πόδια μας.
Τα ευρήματα δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Scientific Reports .
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα ZME Science
περισσότερα,
https://www.zmescience.com/science/news-science/antarctica-gravity-anomaly/