Put u središte Zemlje

U ovom misaonom eksperimentu, pridružite nam se u putovanju ka Zemljinom jezgru, i upoznajte posledice eona geoloških procesa koji su formirali planetu na kojoj živimo

Piše: Nevena Grubač

za naučnopopularni časopis Elementi

Duboko na severozapadu Rusije, na poluostrvu Kola koje dotiče sam severni deo Arktičkog kruga, daleko od naselja i radoznalih očiju lokalaca, izložena oštrim vetrovima ruske tundre, lagano truli i propada već sedam godina napuštena naučnoistraživačka baza.

U ruševinama objekta koji je nekada bio dom geolozima iz čitavog sveta, među zarđalim ostacima nekadašnje moderne opreme razbacanim naokolo u haosu koji može da aranžira jedino dugogodišnja izloženost brutalnim vremenskim uslovima, nalazi se šaht. Poklopac koji je nemoguće ukloniti širok je jedva 23 centimetra i ni po čemu ne odudara od ostatka postapokaliptične scenografije. Ipak, koliko god delovalo da ova napuštena baza više nema apsolutno ništa da ponudi, zarđali šaht krije jednu tajnu.

Ispod debelog, čeličnog poklopca ojačanog čudovišnim klinovima, zjape usta najdublje veštačke rupe na svetu. Bušotina duboka 12262 metra čini najdublju tačku do koje je čovek uspeo da prokopa, i u smislu apsolutne dubine, i dalje drži taj rekord.

Projektom je ambiciozno planirano da se buši sve do dubine od 15 kilometara, od čega se 1992. godine odustalo. Geofizičari su naišli na temperature daleko više od očekivanih na ovoj dubini, gde je umesto predviđenih 100, bilo izmereno čak 180 °C. Na ovim temperaturama mašine više nisu bile delotvorne, pa je 2005. oprema rasprodana, a 2008. čitavo postrojenje zapečaćeno i napušteno.

Zahvaljujući bušotini na poluostrvu Kola, danas znamo kakvi fizički uslovi vladaju na dubini od 12 kilometara ispod površine Zemlje, ali šta je sa preostalih 6000 neistraženih kilometara koji se protežu sve do jezgra naše planete?

Gde počinje divljina, a gde prestaje, koje su privilegije a koje odgovornosti koje nam ona donosi?

Uz pomoć ogranka geofizike koji se zove seizmologija i izučava zemljotrese, geolozi su dobili konkretne podatke uz pomoć kojih je struktura zemlje konačno mogla biti ustanovljena. Tokom zemljotresa, precizne mašine bi detektovale talase koji dolaze iz unutrašnjosti Zemlje. Ti talasi nose informaciju o fizičkim karakteristikama prostora iz kog stižu, i najvažnija od informacija koje smo tim putem dobili je da je Zemlja nehomogena; drugim rečima, sastoji se od slojeva.

Unutrašnjost naše sopstvene planete bolno je nepoznata i neistražena. Šta nas, dakle, sprečava da iskopamo rupu do središta Zemlje, isput pribavimo uzorke materijala koji čine njene određene slojeve i konačno precizno definišemo strukturu Zemlje?

Fizika, u ovom konkretnom slučaju, nije na našoj strani. Temperatura je u centru Zemlje toliko visoka da onemogućava rad sofisticiranih mašina, a pritisak je nepodnošljiv na većim dubinama. Čak i ako bismo uspeli da se probijemo kroz koru i omotač, jezgro bi bilo nepremostiva prepreka. Za sada, ljudi ne poseduju tehnologiju koja bi nadigrala brutalne sile prirode koje gospodare u dubinama naše planete.

Zamišljeno putovanje

Zamislićemo, na kratko, kako je ljudska civilizacija savladala tehnološke barijere za istraživanje svemira, ali i naše planete. Dobili smo mesto u vozilu koje je opremljeno tehnologijom koja mu omogućava da putuje direktno u središte Zemlje. Sa nestrpljenjem čekamo polazak, zagledani u lansirnu konstrukciju kroz debela stakla naše Krtice.

Motori se pokreću, i na jedan kratki trenutak osećamo blagu, jedva primetnu vibraciju. Robotske ruke koje su je do malo pre fiksirale za rampu, sada puštaju Krticu gotovo elegantim pokretima, i povlače se van našeg vidokruga, ograničenog metalnim okvirima prozora. Iza stakla vidimo u početku veoma sporu, a zatim sve bržu smenu predela, i to je jedini siguran znak da smo pošli. Naše telo ne oseća nikakvu silu i niti jednim drugim čulom ne registrujemo kretanje.

Vozilo zaranja u tunel čiju dubinu zbog gustog mraka ne možemo da procenimo, ali ipak znamo da iznosi 6.371 kilometar. O tome smo učili u školi, a uostalom, u našem zamišljenom univerzumu u kom smo se otisnuli na zamišljeno putovanje, taj podatak spada u osnovnu nauku, mnogo puta proverenu i empirijski potvrđenu.

MINI HIDROELEKTRANE: TIHI EKOCID SRBIJE

Meki i prijatni glas našeg vodiča želi nam dobrodošlicu na Krtičin jubilarni, stoti put u središte Zemlje. Krtica je naučnoistraživačko vozilo koje rutinski obavlja svoje zadatke a ponekad, kao recimo sada, prilikom jubileja, otvara svoja vrata javnosti i omogućava ljubiteljima nauke da iskuse ovo neobično putovanje. Ovog puta, bili smo srećni i dobili kartu.

Spoljni, i veoma tanki sloj naše planete čini kora, koja je na kopnu duboka između 30 i 70 kilometara, a ispod okeana oko 10 km. Već tokom prvih nekoliko sekundi putovanja, saznajemo da smo na dubini od 4 metra ispod površine, baš na dubini na kojoj je otkrivena Tutankamonova grobnica u Egiptu. Odmah potom, naš vodič se šali kako smo već prošli 6 m, i kako smo bezbedni, jer većina detektora za metal nema domet na ovoj dubini. Zagrebali smo kontinentalnu koru. Prava avantura tek dolazi.

Moćna svetla Krtice u zidovima osvetljavaju nešto poput korova. Pitamo vodiča šta je to, a on nam objašnjava da je 7 m maksimum do kog raste koren tropskih biljaka. 20 m, i prolazimo nivo katakombi u Parizu, i začuđeno slušamo kako nam vodič objašnjava da kada bismo se nalazili na ovoj dubini u vodi, sa ronilačkom opremom, počeli bismo da osećamo efekte trovanja azotom iz svojih boca sa vazduhom, koji bi bili ekvivalentni ispijanju dve čaše martinija. Smejemo se.

Silazimo još dublje, na 42 m, ispod dubine najdubljeg bazena na svetu koji se nalazi u Italiji. Još nekoliko metara na dole, i već nam je drago što nismo ronioci, jer bi nas trovanje azotom opilo kao 5 martinija. Ovde se nalazi i granica bezbednosti za profesionalno ronjenje sa bocama sa vazduhom. Naše vozilo je savršeno bezbedno i za nas nema opasnosti. Bešumno klizimo dalje.

60 metara; sada smo na dubini na kojoj od živog sveta gospodari Orka, kit ubica, a na kojoj su krstarile podmornice SAD-a u Drugom svetskom ratu.

Ubrzavamo, ali to ne znamo zbog osećaja kretanja, već zbog smenjivanja prizora koji dolaze kroz prozor. Na ovim dubinama više nema rastinja; odavno smo prošli tačku do koje stiže koren drveća. Na oko 200 m, negde daleko i paralelno sa našim tunelom, u okeane više ne stiže ista količina svetlosti.

Prolazimo dubinu od 300 m, a to je i maksimum razorne moći nuklearne bombe projektovane za lansiranje u zemlju, a ne u nebo. Još 32 m, i na dubini smo rekordnog zarona sa bocom. Ostavljamo za sobom najdublje pećine, dna dubokih jezera i okeanska prostranstva kojima krstare sisari.

Stižemo na dubinu od jednog kilometra; i dalje smo u gornjim slojevima zemljine kore, ali smo dovoljno duboko da bi pritisak van našeg vozila bio 330 atmosfera: osećali bismo se kao da nam četiri slona, teška 28 tona, balansiraju na glavi. Još jednom smo zahvalni Krtici što nas štiti.

KINESKI SAN O SVEMIRU

Sada već uranjamo u dubine potpunog okeanskog mraka, kao i do prosečne dubine Velikog kanjona u Americi. Na 3900 m, stižemo do najdublje tačke na svetu na kojoj su boravili ljudi. U pitanju je južnoafrički rudnik zlata, Tau Tona. Ne zaustavljamo se. Samo nekoliko metara iznad, u Atlantskom okeanu, spava olupina Titanika.

Dok nastavljamo dalje kroz slojeve granitnog kamena koji čine kontinentalnu koru probušenu našim moćnim tunelom, slušamo kako u okeanima, na ovim dubinama, počinje zona ambisa. Između 4 i 6 kilometara ispod površine, traje večni, okeanski mrak. Osim konstantne tame, voda je na ovoj dubini ledena, svega 2 ili 3°C, i naseljavaju je čudna stvorenja poput džinovske lignje, koja mogu da izdrže neverovatan pritisak ovih dubina.

Putujemo dalje kroz slojeve magmatskih i metamorfnih stena, koje čine većinu kontinentalne kore na ovim dubinama.

U ovom trenutku saznajemo da se istovremeno nalazimo u litosferi. Kao što se Zemljina struktura hemijski deli na koru, omotač i jezgro, tako se mehanički, i prema načinu na koji prenosi toplotu, njen spoljni sloj deli na litosferu i astenosferu. Litosfera je hladniji i krući sloj, dok je astenosfera toplija i mehanički slabija.

Litosfera se suštinski sastoji od krutih, tektonskih ploča koje plutaju po astenosferi. One mogu biti kontinentalne i okeanske. Tokom godine se pomeraju u rasponu od nekoliko milimetra, do čitavih 5 centimetara. Debele su oko 100 km, nepravilnog oblika i sastavljene od stena. Na delovima na kojima se litosferne ploče graniče i dodiruju, dešava se većina geoloških događaja, poput zemljotresa. Istovremeno, na ovakvim lokacijama formiraju se planine, vulkani i okeanski rasedi.

Osim na okeanske i kontinentalne, litosfera je razlomljena i na manje, sitnije ploče, koje su nastale interakcijom većih. One se nalaze upravo na mestima gde se veće ploče graniče, i povećavaju trusnost tih područja. Granična područja tektonskih ploča se prema načinu interakcije dele na granicu primicanja (konvergentnu), granicu razmicanja (divergentnu) i granicu klizanja (transformnu).

Hipnotisani pričom našeg vodiča, ne primećujemo da smo prevalili još nekoliko kilometara. Na 6 km, prolazimo dubinu Arktičkog okeana, i stižemo na prosečnu dubinu okeanskih ploča. Najveća među njima je čuvena Tihookeanska ploča, koja se nalazi ispod Pacifika.

Kilometri klize i zalazimo sve dublje i dublje u Zemljinu koru. Tunel nas je odneo ispod svih okeana naše planete. Iza sebe smo ostavili usamljeno dno napuštene bušotine naučnoistraživačkog postrojenja na poluostrvu Kola, duboko 12 kilometara. Na dubini od 16 kilometara, savladali smo 4 metričke lige, isto koliko i Nautilus, podmornica iz čuvenog Puta u središte Zemlje Žila Verna. U ovom trenutku, shvatamo da se iznad nas nalazi 30 kilometara nepreglednih slojeva Zemlje i da smo konačno na ulazu u njen omotač.

SVEMIRSKI TELESKOP DŽEJMS VEB: TELESKOP KOJI JEDE ASTRONOMIJU 

Na samoj njegovoj granici sa Zemljinom korom, nalazi se fenomen u geologiji poznat kao Mohorovičićev diskontinuitet ili Moho površ, mesto na kom se brzina seizmičkih talasa naglo menja. Mada dubina ove granice varira širom planete, upravo je ona ulaz u sledeći sloj strukture Zemlje – njen omotač.

Sastavljen od tamnih stena peridotita i slojeva bogatih silikatima gvožđa i magnezijuma, omotač čini oko pola prečnika do centra Zemlje, i prostire se na gotovo 3000 km. Van našeg vozila, u gornjem delu omotača koji se naslanja na koru, pritisak iznosi komičnih ali brutalnih 10000 atmosfera; ekvivalentan je težini 131. slona koji vam balansira na glavi. U svom gornjem pojasu, koji se i dalje naslanja na koru, temperature omotača variraju između 500 i 900°C, a na granicama sa jezgrom eskaliraju i do 4000°C.

Bez obzira na to što smo još uvek u slojevima u kojima su stene u čvrstom agregatnom stanju, naša Krtica samouvereno hita ka onom delu Zemlje gde temperatura i pritisak tope stene i stvaraju brutalnije fizičke uslove nego što smo u stanju da zamislimo na bezbednoj i sunčanoj površini planete.

150 km, i na dubini smo na kojoj se formiraju dijamanti. U nekom dalekom trenutku geološke prošlosti, istopljene stene su ka površini pogurale ove formacije koje se smatraju možda i najplemenitijim i najvrednijim kamenom koji postoji.

Napuštamo litosferu, čije su ploče izgradile kontinente i okeanska dna, i stižemo do astenosfere, zone na kojoj plutaju litosferske ploče. Ova značajna zona se nalazi u plastičnom, a po nekim naučnicima u polu-plastičnom stanju. Upravo ova njena karakteristika je preduslov za  konvekciono strujanje materije u Zemljinom omotaču.

Zahvaljujući temperaturnoj razlici između Zemljine površine i njenog jezgra, kao i mogućnošću kristalizovanih stena da se pod ogromnim pritiskom i visokom temperaturom tokom vremena deformišu, omotač je mesto u kome materijal cirkuliše. Čvršći, teži materijal tone ka dnu, dok se vreli, otopljeni kreće na gore, igrajući tako ključnu ulogu u geološkoj aktivnosti poznatoj kao vulkanizam.

Na prelazu između gornjeg i donjeg dela omotača, na oko 700 km dubine, mogu se locirati izvori najdubljih zemljotresa. Ovakvi potresi su po pravilu slabi dok iz ovih prostora stignu do površine.

Ispred nas su sada samo stotine kilometara puta kroz užarene, haotične, duboke slojeve Zemljinog omotača. Prošli smo fosile dinosaurusa, izgubljena, zakopana blaga i kosture nekadašnjih luksuznih brodova, sada usnulih na neprozirnim okeanskim dnima. Naš vodič više nema referenci koje bi nam ponudio, a koje bismo razumeli i prepoznali. Naš put u središte Zemlje se bliži cilju.

Na dnu omotača, na dubini od oko 3000 km, pritisak iznosi 1,4 miliona atmosfera. Naša Krtica se hrabro nosi s njim.

Čak su i generacije naučnika sa početka 21. veka koristile seizmička merenja kako bi naučile više o strukturi Zemlje, i njima imamo da zahvalimo za prvu podelu jezgra na unutrašnje i spoljašnje. Još u vreme kada su geonauke bile bazirane isključivo na posrednim dokazima, znali smo da je spoljašnje jezgro, koje se nastavlja na Zemljin omotač, tečno, prečnika 3400 km, a da njegova gustina iznosi između 10000 i 12000 kg/m3. Unutrašnje jezgro, za koje se i tada verovalo da je čvrstog agregatnog stanja, ima gustinu od 13000 kg/m3, a prečnik od oko 1200 km. Spoljašnje jezgro se sastoji dominantno od gvožđa i nikla, sa još nekoliko lakših elemenata.

ŽIVOT NA MEĐUNARODNOJ SVEMIRSKOJ STANICI

Naš vodič nam priča o eksperimentu iz davnog 21. veka, kada je u laboratoriji legura gvožđa podvrgnuta pritisku i temperaturi koji vladaju u unutrašnjem jezgru. Uzorak je tada posmatran u X delu spektra, i po prvi put je snažno podržana hipoteza da se samo središte naše planete sastoji od kristala koji se prostiru od severa ka jugu. Zemljinom jezgru imamo da zahvalimo na magnetnom polju, bez kog život na njoj ne bi bio moguć.

Uzbuđeni i umorni, stižemo na dubinu od 6371 km. Temperatura je ovde približna onoj na površini Sunca i iznosi oko 5000°C. Čak ni naša hrabra Krtica ne želi dugo da se zadržava na ovom negostoljubivom mestu. Vrlo brzo ćemo krenuti nazad, ka površini naše plave planete, pitome, ukroćene, istražene, bezbedne.

Teško nam je da zamislimo da je ovaj usijani, i na tako mnogo načina brutalni prizor, zapravo srž i suština našeg divnog sveta, motor koji ga napaja i generiše sve one procese koji našu Zemlju čine geološki živom. Kontrast je snažan, praktično zamoran, i budi dodatnu želju da što pre krenemo odavde, sa ovog dubokog, uskovitlanog mesta koje čini da nam nebo izgleda nedokučivo, bez obzira na to što smo upravo zakoračili u jedno svojevrsno sunce.

Niko se ne buni kada Krtica, po prvi put od kada smo krenuli na ovo putovanje, kreće uzbrdo. Žudimo za našom zeleno-plavom, otvorenom i svežom površinom, za našim horizontom i našim oblacima, na našoj planeti koja puca od života. Na putu do vrha, sanjarimo o budućnosti koja neće biti izmaštana.