Na Oceanie Indyjskim znajduje się „dziura grawitacyjna”, a naukowcy uważają, że wiedzą dlaczego

Poziom morza obniża się o ponad 328 stóp (100 metrów) w „dziurze grawitacyjnej” odkrytej po raz pierwszy w 1948 roku. Obecnie naukowcy stawiają hipotezę, że dziura w Oceanie Indyjskim została ukształtowana przez pióropusze magmy pochodzące z głębi planety, zgodnie z nowym badaniem. Zdjęcie: ESA/HPF/DLR

Aby dojść do tej hipotezy, zespół wykorzystał superkomputery do symulacji, w jaki sposób obszar ten mógł się uformować, sięgając nawet 140 milionów lat wstecz. Odkrycia, szczegółowo opisane w badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie „Geophysical Research Letters”, koncentrują się wokół starożytnego oceanu, który już nie istnieje.

Znikający ocean

Ludzie są przyzwyczajeni do myślenia o Ziemi jako o idealnej kuli, ale jest to dalekie od prawdy.

„Ziemia jest w zasadzie grudkowatym ziemniakiem” – powiedziała współautorka badania Attreyee Ghosh, geofizyk i profesor nadzwyczajna w Centrum Nauk o Ziemi Indyjskiego Instytutu Nauki. „Technicznie rzecz biorąc, nie jest to kula, ale coś, co nazywamy elipsoidą, ponieważ gdy planeta się obraca, środkowa część wybrzusza się na zewnątrz”.

„Nasza planeta nie jest jednorodna pod względem gęstości i właściwości, a niektóre obszary są bardziej gęste niż inne - to wpływa na powierzchnię Ziemi i jej grawitację”, dodała Ghosh. „Jeśli wylejesz wodę na powierzchnię Ziemi, poziom, który woda przyjmuje, nazywany jest geoidą - i jest to kontrolowane przez te różnice gęstości w materiale wewnątrz planety, ponieważ przyciągają one powierzchnię w bardzo różny sposób w zależności od tego, ile masy znajduje się pod spodem” - powiedziała.

„Dziura grawitacyjna” na Oceanie Indyjskim - oficjalnie nazywana niżem geoidy Oceanu Indyjskiego - jest najniższym punktem geoidy i jej największą anomalią grawitacyjną, tworząc okrągłe zagłębienie, które zaczyna się tuż przy południowym krańcu Indii i obejmuje około 1,2 miliona mil kwadratowych (3 miliony kilometrów kwadratowych). Anomalia ta została odkryta przez holenderskiego geofizyka Felixa Andriesa Veninga Meinesza w 1948 roku podczas badania grawitacyjnego ze statku i do dziś pozostaje tajemnicą.

„Jest to zdecydowanie największe obniżenie geoidy i nie zostało ono odpowiednio wyjaśnione” - powiedział Ghosh.

Aby znaleźć potencjalną odpowiedź, Ghosh i jej koledzy wykorzystali modele komputerowe do cofnięcia zegara o 140 milionów lat, aby zobaczyć szerszy obraz geologiczny. „Mamy pewne informacje i pewność co do tego, jak wyglądała wtedy Ziemia” - powiedziała. „Kontynenty i oceany znajdowały się w zupełnie innych miejscach, a struktura gęstości była również bardzo różna”.

Od tego momentu do dnia dzisiejszego zespół przeprowadził 19 symulacji, odtwarzając przesuwanie się płyt tektonicznych i zachowanie magmy lub stopionej skały w płaszczu - grubej warstwie wnętrza Ziemi, która znajduje się między rdzeniem a skorupą. W sześciu z tych scenariuszy doszło do obniżenia geoidy podobnego do tego, które miało miejsce na Oceanie Indyjskim.

Czynnikiem wyróżniającym wszystkie sześć z tych modeli była obecność pióropuszy magmy wokół niskiego poziomu geoidy, które wraz ze strukturą płaszcza w pobliżu są uważane za odpowiedzialne za powstawanie „dziury grawitacyjnej”, wyjaśniła Ghosh. Symulacje przeprowadzono z różnymi parametrami gęstości magmy, a w tych, w których pióropusze nie były obecne, dołek nie powstał.

„Same pióropusze powstały w wyniku zniknięcia starożytnego oceanu, gdy ląd Indii dryfował i ostatecznie zderzył się z Azją dziesiątki milionów lat temu”, powiedziała Ghosh.

„Indie znajdowały się w zupełnie innym miejscu 140 milionów lat temu, a między płytą indyjską a Azją znajdował się ocean. Indie zaczęły przesuwać się na północ, a wraz z tym ocean zniknął, a szczelina z Azją zamknęła się” - wyjaśniła. Gdy płyta oceaniczna opadła w głąb płaszcza, mogło to pobudzić tworzenie się pióropuszy, przybliżając materiał o niskiej gęstości do powierzchni Ziemi.

Przyszłość niżu geoidalnego

Niż geoidalny uformował się około 20 milionów lat temu, zgodnie z obliczeniami zespołu. Trudno powiedzieć, czy kiedykolwiek zniknie, czy przesunie się.

„Wszystko zależy od tego, jak te anomalie masy na Ziemi będą się przemieszczać” – powiedziała Ghosh. „Może się zdarzyć, że utrzymają się one przez bardzo długi czas. Ale może być też tak, że ruchy płyt zadziałają w taki sposób, że zniknie –  kilkaset milionów lat w przyszłości”.

Huw Davies, profesor w School of Earth and Environmental Sciences na Cardiff University w Wielkiej Brytanii, powiedział, że badania są "z pewnością interesujące i opisują ciekawe hipotezy, które powinny zachęcić do dalszych prac na ten temat". Davies nie był zaangażowany w badanie.

Dr Alessandro Forte, profesor geologii na Uniwersytecie Florydy w Gainesville, który również nie był zaangażowany w badanie, uważa, że istnieje dobry powód do przeprowadzenia symulacji komputerowych w celu ustalenia pochodzenia geoidy na Oceanie Indyjskim i że to badanie jest ulepszeniem w stosunku do wcześniejszych. Wcześniejsze badania symulowały jedynie opadanie zimnego materiału przez płaszcz, zamiast uwzględniać również gorące, wznoszące się pióropusze płaszcza.

Forte powiedział jednak, że znalazł kilka błędów w realizacji badania.

„Największym problemem związanym ze strategią modelowania przyjętą przez autorów jest to, że całkowicie nie odtwarza ona potężnego dynamicznego pióropusza płaszcza, który wybuchł 65 milionów lat temu pod obecną lokalizacją wyspy Reunion” - powiedział. „Erupcja strumieni lawy, które pokryły połowę subkontynentu indyjskiego w tym czasie - tworząc słynne pułapki Deccan, jedną z największych cech wulkanicznych na Ziemi - od dawna przypisywana jest potężnemu pióropuszowi płaszcza, który jest całkowicie nieobecny w symulacji modelu”.

Kolejną kwestią, dodał Forte, jest różnica między geoidą lub kształtem powierzchni przewidywanym przez symulację komputerową a rzeczywistym: „Różnice te są szczególnie zauważalne na Oceanie Spokojnym, w Afryce i Eurazji. Autorzy wspominają, że istnieje umiarkowana korelacja, około 80%, między przewidywanymi i obserwowanymi geoidami, ale nie podają dokładniejszej miary tego, jak dobrze pasują one numerycznie (w badaniu). To niedopasowanie sugeruje, że w symulacji komputerowej mogą występować pewne niedociągnięcia”.

Ghosh powiedziała, że w symulacjach nie można uwzględnić wszystkich możliwych czynników.

„To dlatego, że nie wiemy z absolutną precyzją, jak wyglądała Ziemia w przeszłości. Im bardziej cofamy się w czasie, tym mniejsza jest pewność modeli. Nie możemy wziąć pod uwagę każdego możliwego scenariusza i musimy również zaakceptować fakt, że mogą istnieć pewne rozbieżności co do tego, jak płyty przesuwały się w czasie” - powiedziała. „Uważamy jednak, że ogólny powód tego niskiego poziomu jest dość jasny”.