Az Antarktisz alatt található a Föld legerősebb gravitációs minimuma. Új modellek mutatják be, miként befolyásolják a köpenyáramlások az óceánt és a jégtakarót. A gravitációt megbízhatónak tartjuk: mindent lefelé húz – látszólag egyenletesen. Globális léptékben azonban a kép árnyaltabb. A Föld vonzása mérhetően eltér régiónként. És a leggyengébb pontja nem az Indiai-óceán felett található, ahogyan sokáig gondolták, hanem az Antarktisz térségében. Pontosabban a Ross-tenger felett. Itt található a Föld legerősebb úgynevezett nem hidrosztatikus geoidminimuma. A Scientific Reports című folyóiratban megjelent friss tanulmány ennek kialakulását rekonstruálja az elmúlt 70 millió évre visszamenően.
A geoid nem minden esetben ugyanaz
Fontos pontosítás: a geodéziában a geoidot többnyire a WGS84 referencia-ellipszoidhoz viszonyítva határozzák meg. Ebben az értelmezésben a legerősebb „gravitációs lyuk” az Indiai-óceán térségében jelenik meg. Geodinamikai megközelítésben azonban egy hidrosztatikus referencia-ellipszoidot alkalmaznak. Ez a Föld ideális alakját kizárólag a forgás hatásával írja le, a belső dinamikai folyamatok figyelembevétele nélkül. Ha ezt az összetevőt levonjuk, megkapjuk az úgynevezett nem hidrosztatikus geoidot. Ebben a rendszerben a legerősebb minimum egyértelműen az Antarktisz felett található. Ez elsőre elméleti részletkérdésnek tűnhet, ám valós következményei vannak. A geoid ugyanis fizikailag a nyugalomban lévő óceánfelszín alakját jelenti. Ahol a gravitáció gyengébb, ott ez a felszín a Föld középpontjához képest mélyebben helyezkedik el. A víz tehát az erősebb gravitáció irányába áramlik. Szélsőséges esetben úgy tűnhet, mintha „felfelé” folyna.
Miért gyengébb ott a gravitáció?
Az ok a Föld mélyében keresendő. A gravitáció közvetlenül függ a tömegeloszlástól. A köpeny sűrűségkülönbségei módosítják a gravitációs teret. Alessandro Forte kutatócsoportja szeizmikus tomográfia és időben visszafelé számolt köpenykonvekciós modellek segítségével rekonstruálta az antarktiszi geoidmélyedés fejlődését a kainozoikum során. Egyszerűbben fogalmazva: a földrengéshullámok „megvilágítják” a Föld belsejét. Forte így szemlélteti ezt: „Képzeljék el, hogy CT-felvételt készítünk az egész Földről, csak éppen nincsenek röntgensugaraink, mint egy rendelőben. Nekünk a földrengések állnak rendelkezésünkre.” A modell két alapvető folyamatot azonosít:
Az alábukó, hideg litoszféralemezek helyileg növelik a sűrűséget a mély köpenyben.
A felszálló, forró köpenyáramlások kisebb sűrűségűek, és pozitív felhajtóerőt hoznak létre.
Az Antarktisz térségében ezek a hatások sajátos módon adódnak össze.
Hetvenmillió éve aktív
A szimulációk szerint a geoidminimum legalább 70 millió éve létezik. Erőssége azonban jelentősen változott 50 és 30 millió évvel ezelőtt. Ez az időszak egybeesik a Föld forgástengelyének markáns irányváltozásával, az úgynevezett valódi pólusvándorlással (True Polar Wander). A modellek reprodukálják ezt a folyamatot, és összhangban állnak az ősmágneses adatokkal.
Mélybeli szerkezet, globális hatással
Az elemzés szerint:
A köpeny alsó, mintegy 1000 kilométeres szakasza hosszú távon a jel 30–50 százalékát adja.
Körülbelül 35 millió éve azonban a sekélyebb, 1300 kilométernél kisebb mélységből származó hozzájárulások jelentősen erősítik a geoidminimumot.
Ennek oka a Ross-tenger alatti alsó köpenyből kiinduló nagyléptékű forróanyag-feláramlás. Ezzel párhuzamosan stabil, nagy sűrűségű szubdukciós maradványok találhatók a mély köpenyben. Az eredmény nem egy statikus „lyuk”, hanem a pozitív és negatív felhajtóerők időben változó kölcsönhatásának következménye.
Hatás a tengerszintre és a jégtakaróra?
A hosszú hullámhosszú geoidváltozások befolyásolják a relatív tengerszintet. A geoid határozza meg az óceánfelszín alakját, miközben a szilárd földfelszín másként reagál. A két rendszer eltérő fizikai válaszmechanizmusok szerint viselkedik. Érdekes az időbeli egybeesés az Antarktisz nagy léptékű eljegesedésével, amely mintegy 34 millió évvel ezelőtt kezdődött. Nyitott kérdés, hogy a köpenyfolyamatok a geoid eltolódásain keresztül befolyásolták-e a jégképződés feltételeit. A szerzők ezt egyelőre olyan hipotézisnek tekintik, amely további kutatást igényel.
Egy „lyuk”, amely valójában nem az
Fizikai értelemben nem létezik valódi lyuk. Egy gravitációs potenciálminimumról van szó. Következményei azonban valósak:
A tengerfelszín ott viszonylag mélyebben helyezkedik el.
A Föld teljes tehetetlenségi nyomatéka megváltozik.
A bolygó forgása mérhetően reagál.
A tanulmány rávilágít arra, milyen szoros kapcsolatban áll egymással a köpenydinamika, a gravitációs tér, a tengerszint és a Föld forgásának viselkedése. Ahogyan Forte fogalmaz: „Miként függ össze éghajlatunk bolygónk belső folyamataival?”
A válasz összetett. De úgy tűnik, a történet az Antarktisz jege alatt kezdődik.
