A földköpeny modellezése az űrben

A Nemzetközi Űrállomáson (ISS) repülő Geoflow kísérlet segítségével azt próbálják jobban megérteni, hogyan viselkedik a földköpeny képlékeny anyaga.

Mintegy 400 km-rel a felszín felett repülve tehát az akár majdnem 3000 km-es mélységekben lezajló folyamatokat tanulmányozzák, még ha közvetett módon, modellkísérletekkel is. A földköpeny a föld külső, vékony kérge és a belső magja közötti térfogatot tölti ki. Anyaga szilárd, képlékeny. Maga a köpeny sem egységes, a viszkózus rétegek a mélységtől, nyomástól és hőmérséklettől függően különböznek egymástól. A földköpenyben fellépő áramlások megértése a geofizikusok számára alapvető fontosságú, hiszen ezek kapcsolatba hozhatók a vulkáni tevékenyésggel és a földrengésekkel.

A Föld köpenyéről csak közvetett mérési adatok állnak rendelkezésünkre, hiszen a legmélyebb fúrások is csak valamivel 12 km-t meghaladó mélységig jutottak a kéregben. Bolygónk különböző rétegeiről elsősorban a Föld belsejében terjedő földrengéshullámok szolgálnak információval. Ezek alapján a Föld magja kb. 2900 km-es mélységben kezdődik. A felszínt borító szilárd kéreg átlagosan 30-40 km vastag. Ami a kettő között van, az a köpeny. Viselkedésének tanulmányozásához számítógépes modellekre van szükség, a modelleknek pedig tesztelésre. Itt kap szerepet az ISS-en végzett, német vezetésű, hat európai intézmény részvételével folyó kísérletsorozat, a Geoflow.

A Geoflow kísérleti berendezés (fent) és a műszer lelke, a koncentrikus gömbök (lent). (Képek: ESA)

A Geoflow célja, hogy reprodukálja a földköpenyben uralkodó fizikai körülményeket, és a kísérleti eredményeket összevesse a modellszámításokkal. Ezek alapján a modellek ellenőrizhetők és szükség esetén finomíthatók. A berendezés két koncentrikus, forgó gömböt tartalmaz, közöttük speciális folyadékkal. A belső gömb jelképezi a Föld magját, a külső a kérgét. A folyadék természetesen a földköpeny anyagának szerepét játssza. Az űrállomáson uralkodó súlytalanságban a valódi földköpenyben érvényes körülményeket nagyfeszültségű elektromos térrel „szimulálják”. A lassan forgó gömbök között, az eltérő rétegekben változó hőmérsékleteket tudnak beállítani, tizedfokos pontossággal, s így vizsgálják a folyadékban létrejövő áramlásokat.

Egy áramlási kép a Geoflow eredményei közül. (Kép: ESA)

Nem csak bolygónk belsejének jobb megismeréséhez, de ipari alkalmazásokhoz is vezethetnek az űrállomáson végzett kísérletek, például jobb giroszkópok, csapágyak, szivattyúk gyártását segítve.

Kapcsolódó cikkek:
A GOCE és a Moho

Kapcsolódó linkek:
A Föld mélyét kutatni az űrállomásról (ESA)