Više od 110 godina nakon što je jedan od najvećih hrvatskih znanstvenika Andrija Mohorovičić otkrio da se između Zemljine kore i plašta nalazi granica u kojoj se skokovito mijenja brzina potresnih valova (Mohorovičićev diskontinuitet – Moho sloj), još jedan Hrvat zagrebao je dublje u utrobu Zemlje i otkrio najdublju jezgru našeg planeta. Gurala ga je, kaže, znatiželja, samo što su on i njegovi kolege usmjerili svoje 'teleskope', umjesto prema svemiru, prema unutrašnjosti Zemlje, a koja zapravo sjaji poput zvijezde.

'Kad bismo mogli sa Zemljine unutarnje jezgre maknuti cijeli plašt, kad bismo odgrnuli zemlju s nje, zasjala bi kao Sunce jer je temperatura dolje oko 5500 stupnjeva, baš kao i na površini Sunca', kazao je za tportal Hrvoje Tkalčić, danas profesor i voditelj Odsjeka za geofiziku Australskog nacionalnog sveučilišta, koji je unutar te unutarnje jezgre, kao kod babuške, potvrdio je postojanje još jedne, manje jezgre.

Dok smo sjedili u školskim klupama i pokušavali savladati osnove o građi Zemlje, učili smo da naš planet u unutrašnjosti ima četiri sloja – koru, plašt, vanjsku i unutarnju jezgru. Sada je hrvatski znanstvenik s australskom adresom sa svojim postdoktorandom Thanh-Son Phamom potvrdio postojanje još jedne, središnje jezgre.

'Radiolozi' koji pomoću potresa proučavaju unutrašnjost Zemljina tijela

Hipoteza o postojanju najdublje jezgre postavljena je još početkom ovog stoljeća, no zbog činjenice da se unutarnja jezgra, metalna kugla u čvrstom stanju koja je uronjena u vanjsku, tekuću jezgru, nalazi na dubinama većim od 5000 kilometara, dosadašnje metode mjerenja nisu bile dovoljno razvijene da se pronikne u utrobu Zemlje. Svako zlo za neko dobro, jer upravo su seizmološka mjerenja najjačih potresa na površini Zemlje pomogla potvrditi tu hipotezu.

'Zapravo smo radiolozi koji proučavaju unutrašnjost tijela Zemlje, samo što ne koristimo rendgenske, nego seizmičke valove koji se zbog jakih potresa gibaju kroz unutrašnjost Zemlje. A obzirom na to da se radi o samom središtu Zemlje, potrebni su nam bili valovi koji s jedne točke planeta idu izravno do centra i u produžetku do površine na drugoj strani, putanjom duž Zemljina promjera', objašnjava Tkalčić za tportal.

No problem je bio u tome što seizmički val, koji nastaje nakon velikih potresa poput ovoga u Turskoj, prolaskom kroz središte Zemlje obično dođe do točke na drugoj strani planeta koja se nalazi usred oceana, gdje nema instrumenata, odnosno seizmografa koji bi ih zabilježili. U međuvremenu se mreža seizmografa diljem svijeta razgranala i veća prostorna pokrivenost omogućila je znanstvenicima da dođu do ovog otkrića.

Rikošet seizmičkog vala bio je ključan

'U ovom radu prvi put u povijesti seizmologije dokumentirali smo postojanje valova koji se šire kroz unutrašnjost Zemlje i rikošetom se poput metka odbijaju u istom smjeru, samo naprijed i natrag, dva, četiri ili čak pet puta. Ti se valovi gibaju kroz sam centar Zemlje do površine na drugoj strani. Tamo se odbiju pa se ponovno gibaju kroz centar Zemlje natrag, otkud su i došli', objašnjava Tkalčić. I upravo im je na ruku išla činjenica da se više puta vrate na ishodišnu točku, tamo gdje je potres nastao, a gdje su postavljeni seizmografi.

Naime matematičkim izračunima može se jako precizno izmjeriti koliko jednom seizmičkom valu treba za prolazak kroz Zemlju do svoje antipodalne točke na drugom kraju svijeta. Kako se to može predvidjeti, može se i izračunati kolika su odstupanja. 'Ako valovi malo kasne, to znači da su prošli kroz nešto, neki materijal koji ih usporava, a ako su brži, onda su prošli kroz materijal koji ih ubrzava. I onda smo analizirajući 200 velikih potresa u posljednjih deset godina pronašli 16 od tih velikih seizmičkih valova kod kojih smo uspjeli zabilježiti taj višekratni rikošet', kaže Tkalčić.

Primjerice nakon velikog potresa na Aljasci 2018., magnitude veće od sedam, valovi su se odbili negdje u južnom Atlantiku, gdje nema seizmografa koji bi ih mjerili. No kako su se odbijali više puta, svaki put kad bi se vratili do Aljaske bili bi zabilježeni u mreži od više od 400 seizmografa.

Ti slabašni signali koji se ne vide na jednom seizmografu znanstvenicima su odjednom postali vidljivi jer ih je zabilježilo na stotine njih. Tako su pojačali signale iznad razine šuma, a prije su bili ispod njegove razine. Sve to, objašnjava Tkalčić, funkcionira kao magnetska rezonanca tijela. Kad bismo uređaj mogli gibati oko ljudskog tijela, dobili bismo uvid u sve što se događa sa svih strana. A oni su na sličan način otkrili da se centralni dio čvrste unutarnje jezgre ponaša drugačije od njezine vanjske ljuske.

Poput cijepanja drva

U tom unutrašnjem dijelu brzina valova zbog svojstva koje se zove anizotropija razlikuje se ovisno o smjeru u kojem putuje. U jednom smjeru usporava, a u drugom se ubrzava. To znači da se najdublja jezgra od ostatka unutarnje jezgre razlikuje baš po tom svojstvu anizotropije, a kemijski sastav im je isti. 'To je kao kad cijepate drva - kad udarite sjekirom u jednom smjeru, cjepanica će se raspoloviti, ako je udarite bočno - neće. Tako se ponaša željezo pri visokim tlakovima, temperaturama, ono je anizotropno', objašnjava znanstvenik, a unutarnja jezgra se ponajviše sastoji od željeza i nikla.

Tkalčić ističe da ova novootkrivena kugla znanstvenicima služi kao fosil, svjedok različitih geoloških era kroz koje je Zemlja prolazila. Unutarnja jezgra prije je bila samo točka koja je u milijardu godina rasla otprilike za milimetar godišnje. 'Ta naša slika unutrašnjosti Zemlje još je uvijek pomalo mutna i potrebno je još više ovakvih inovativnih metoda da bismo dobili oštriju sliku', dodaje.

Prva stepenica zagrebački PMF

Tkalčić, koji je oduvijek bio zaljubljenik u znanost, prirodu i svemir, kaže da je u studentskim danima na PMF-u bio rastrgan između astronomije i geofizike. 'Odlučio sam se za geofiziku jer na zagrebačkom Sveučilištu imamo tradiciju koju je započeo Andrija Mohorovičić i dobio sam jako dobre osnove. Shvatio sam da je to nešto što je povezano i s mojim interesima proučavanja drugih planeta jer sve što znamo o drugim planetima, znamo jer smo proučavali unutrašnjost Zemlje', kaže nam profesor Tkalčić.

Potom je upisao doktorat na Kalifornijskom sveučilištu u Berkeleyju te se, kako kaže, zaljubio u unutarnju jezgru Zemlje i pod mentorstvom najpoznatije seizmologinje na svijetu, Barbare Romanowicz, na tu je temu i doktorirao 2001. Bio je postdoktorand u Istraživačkom institutu SCRIPPS Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu, a zatim u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore. Potom je prešao na Australsko nacionalno sveučilište, na kojem je danas redoviti profesor i voditelj Odsjeka za geofiziku.

Njegov istraživački rad ima i avanturistički element jer često ide na teren, u nepristupačne dijelove australskog Outbacka, kako bi pomogao postaviti seizmografe. Širenje mreže seizmografa je, ističe, izrazito važno jer poznavanjem unutrašnje arhitekture Zemlje, a i fizike širenja tih seizmoloških valova kroz unutrašnjost, dolazimo do humanog dijela seizmologije.

'Iako još uvijek ne možemo predvidjeti potrese, možemo predvidjeti kako će se ponašati gibanje i građevine na tom dijelu teritorija. Možda je malo ironično to da baš ti potresi kojih se bojimo pomažu da osvijetlimo unutrašnjost Zemlje, a onda i bolje razumijemo njihov nastanak te što više spriječimo veće posljedice', ističe Tkalčić, a radio je i na postavljanju mjernih instrumenata u Južnom polarnom oceanu, u antarktičkim vodama, na dubini od šest kilometara.