Mi az a gravitációs lyuk? Az Antarktisz gyenge pontja érthetően
Az Antarktisz a Föld legerősebb 'gravitációs lyuka' felett helyezkedik el – egy olyan területen, ahol a gravitációs vonzás mérhetően gyengébb, mint a globális átlag. A tudósok végre feltárták eredetét a bolygó köpenyének mélyén zajló lassú mozgásokban, ami meglepő következményekkel jár a fagyos kontinens kialakulására nézve.
A Föld gravitációja nem állandó
A legtöbbünket arra tanították, hogy a gravitáció egy állandó, egyenletes erő, amely mindent a föld felé húz. A valóságban ez a bolygó felszínén változik. Ahol a kéreg alatti kőzet sűrű, a gravitáció kissé erősebben húz. Ahol könnyebb vagy hiányzik, a gravitáció gyengül. A tudósok ezeket a változásokat gravitációs anomáliáknak nevezik, és a Földön a legszélsőségesebb példa közvetlenül az Antarktisz alatt található.
Mi az a gravitációs lyuk?
A gravitációs lyuk – hivatalosan geoid mélyedés – egy olyan terület, ahol a Föld gravitációs vonzása mérhetően gyengébb, mint a globális átlag. Ennek megértéséhez tudni kell, mi a geoid: az az alak, amelyet az óceán felszíne felvenne, ha a szelek, az árapály és az áramlatok teljesen megszűnnének. Mivel a gravitáció kissé erősebb ott, ahol sűrű kőzet koncentrálódik a tengerfenék alatt, a víz ezek felé a területek felé húzódik, ami az óceán felszínének kidudorodását okozza. Ahol a kőzet könnyebb, a víz elfolyik, és a felszín bemélyed.
Az Antarktisz a bolygó legerősebb ilyen mélyedése felett helyezkedik el – az Antarktiszi Geoid Mélyedés felett. A kontinens körüli óceán felszíne körülbelül 50-60 méterrel alacsonyabban van, mint a globális geoid átlag, mert a víz hatékonyan elhúzódik az erősebb gravitációs vonzással rendelkező területek felé. A műholdak először a 2000-es évek elején észlelték ezt az anomáliát, és észrevették, hogy a Déli-óceán mérhetően sekélyebb az Antarktisz közelében, mint ahogy a modellek jósolták.
Miért gyengébb a gravitáció az Antarktisz alatt?
A válasz több száz kilométerrel a föld alatt rejlik, egy köpenykonvekció nevű folyamatban. A Föld köpenye – a kéreg és a külső mag közötti vastag, félig olvadt kőzetréteg – soha nem teljesen mozdulatlan. Évmilliók alatt a forró kőzet felemelkedik, míg a hideg, sűrű kőzet lesüllyed, amelyet a bolygó belsejéből származó hő hatalmas, lassú áramlatokban való távozása hajt.
Az Antarktisz alatt ez a folyamat egy speciális kombinációt hozott létre. Az ősi tektonikus lemezek hideg, sűrű darabjai a kontinens csendes-óceáni és dél-atlanti pereme mentén a mély köpenybe süllyedtek. Ezzel egyidejűleg a forró, felhajtóerejű kőzet széles feláramlása emelkedett fel a Ross-tenger térsége alatt. A sűrű anyag erősebb gravitációt hoz létre; a forró, könnyű anyag gyengébb gravitációt hoz létre. A végeredmény egy jelentős tömegdeficit a kontinens alatt – és ezért egy gravitációs lyuk felette.
A Floridai Egyetem és a párizsi Institut de Physique du Globe kutatói nemrégiben rekonstruálták ennek az anomáliának a teljes történetét szeizmikus tomográfia segítségével – lényegében CT-vizsgálatot végeztek a bolygó belsejében földrengéshullámok segítségével. A Scientific Reports folyóiratban megjelent tanulmányuk legalább 70 millió évre vezette vissza a gravitációs lyukat, és megállapította, hogy 50 és 30 millió évvel ezelőtt drámaian megerősödött.
Hogyan mérik a tudósok?
Évtizedekig a gravitációs anomáliákat érzékeny graviméterekkel térképezték fel, amelyeket hajókon és repülőgépeken szállítottak. A terület 2002-ben alakult át, amikor a NASA elindította a GRACE missziót (Gravity Recovery and Climate Experiment) – ikerműholdakat, amelyek apró gravitációs változásokat észleltek a pályáról, mérve a köztük lévő változó távolságot, miközben különböző tömegű területek felett repültek. A GRACE elkészítette a Föld valaha készült legrészletesebb gravitációs térképeit, egyértelműen feltárva az Antarktiszi Geoid Mélyedés teljes kiterjedését, és megerősítve, hogy ez a bolygó legerősebb gravitációs mélyedése.
Segített a gravitációs lyuk befagyasztani az Antarktiszt?
A legújabb kutatások egyik legszembetűnőbb következménye a mélyülő gravitációs lyuk és az antarktiszi jégtakarók kialakulása közötti lehetséges kapcsolat. Az Antarktisz eljegesedése körülbelül 34 millió évvel ezelőtt kezdődött – pontosan akkor, amikor a gravitációs anomália a leggyorsabban erősödött.
A javasolt mechanizmus elegáns: ahogy a gravitációs mélyedés mélyült, elhúzta az óceán vizét az Antarktiszról, hatékonyan csökkentve a helyi tengerszintet a szárazföldhöz képest. A gleccsiológiában az alacsonyabb tengerszint lehetővé teszi, hogy a jégtakarók szilárdan rögzüljenek a kontinentális talapzaton, ahelyett, hogy lebegnének és széttörnének. A helyi "vízvonal" csökkentésével a kavargó köpeny olyan feltételeket teremthetett, amelyek lehetővé tették az Antarktisz kialakuló gleccsereinek stabilizálódását és a mai hatalmas fagyott kontinenssé válását.
Miért fontos ez most?
Az Antarktisz gravitációs lyukának megértése nem pusztán tudományos kérdés. Ahogy az éghajlatváltozás felgyorsítja a jégvesztést a kontinensen, ennek a hatalmas jégtömegnek az eltávolítása lehetővé teszi, hogy az alatta lévő szárazföld lassan visszapattanjon – ezt a folyamatot gleccserek okozta izosztatikus emelkedésnek nevezik. Ez a visszapattanás megváltoztatja a köpeny tömegeloszlását, ami viszont befolyásolja magát a gravitációs mezőt. A tudósok megjegyzik, hogy az anomália látszólag fokozatosan erősödik a jégvesztéssel, ami egy olyan visszacsatolási hurkot hoz létre, amelyet csak most kezdünk megérteni.
A pontos gravitációs térképek a globális tengerszint-emelkedés modellezéséhez is elengedhetetlenek. Mivel az Antarktiszi Geoid Mélyedés befolyásolja, hogy az olvadékvíz hogyan oszlik el a világ óceánjaiban, az erősségének bármilyen változása hullámokat vet a tengerszint-előrejelzésekben a partvidékekre nézve, több ezer kilométerre. Kiderült, hogy a Föld leggyengébb gravitációjának következményei messze túlmutatnak a fagyos délen.
