Družice ESA mapující gravitaci odhalila pod antarktickým ledem pozůstatky dávných kontinentů

Výzkumný tým z německé Kielské univerzity a Britská antarktická služba publikovaly své poznatky vycházející právě z měření družice GOCE v časopise Scientific Reports.

Satelit GOCE (Gravity field and Ocean Circulation Explorer), kterému se přezdívalo „kosmická formule jedna“ kroužil kolem Země více než čtyři roky od března 2009 do listopadu 2013. Tato štíhlá družice s nezvyklými stabilizačními plochami byla navržena s jedním cílem: měřit sílu zemské gravitace přesněji, než se podařilo kdy předtím.

Družice GOCE letěla ve výšce pouhých 255 km, což je zhruba o 500 km blíže, než typické satelity dálkového průzkumu Země. Bylo to proto, aby se maximalizovala její citlivost na gravitaci.

V posledním roce práce, kdy v nádržích zbýval dostatek xenonu coby pohonné látky, zamířila družice GOCE ještě níže. Ve výšce 225 km tak získávala ještě přesnější gravitační měření. Palivo, které pomáhalo překonat silný odpor atmosféry, bylo nakonec spotřebováno v říjnu 2013 a družice vstoupila do jejích hustých vrstev o tři týdny později.

Hlavním výstupem družice GOCE byla globální gravitační mapa ve vysokém rozlišení – geoid. Krom toho ovšem mise dokázala určit lokalizované gravitační gradienty – měření toho, jak rychle se zrychlení způsobené gravitačním vlivem mění – v různých směrech pohybu, a to s přesností 80 km.

Týmy z Kielské univerzity a Britské antarktické služby přeměnily tuto změť trojrozměrných gravitačních měření do „tvarových indexů“ založených na křivkách, a to v různých oblastech naší planety. Jde vlastně o analogii obrysů na mapách.

Vedoucí autor studie profesor Jörg Ebbing z Kielské univerzity vysvětluje: „Družicová gravitační data mohou být zkombinována se seismologickými daty k vytvoření konzistentnějších snímků zemského pláště a kůry ve 3D. To je kritické pro pochopení toho, jak desková tektonika a dynamika hlubších vrstev pláště na sebe vzájemně působí.“

V kombinaci s existujícími seismologickými daty tyto gravitační gradienty ukazují vysokou citlivost na známé útvary v zemské litosféře: pevné kůře a části roztavené kůry pod ní.

Mezi tyto útvary patří husté kamenné zóny nazývané kratóny – pozůstatky starobylých kontinentů nalezených v srdci stávajících kontinentálních desek. Jde o kompaktní oblasti spojené s horskými pásmy a tenčí kůrou oceánských lůžek.

Pohled do spodních podpovrchových vrstev přinesený těmito daty nabídnul nový úhel vnímání struktury všech zemských kontinentů, zvláště pak Antarktidy. Protože je více než 98 procent jejího povrchu pokryto ledem o průměrné síle 2 km, zůstává nejjižnější kontinent bílým místem na stávajících geologických mapách.

„Tyto gravitační snímky přinášejí revoluci do naší schopnosti studovat nejméně probádaný kontinent na Zemi, Antarktidu,“ vysvětluje spoluautor studie Fausto Ferraccioli, jinak vědecký vedoucí geologie a geofyziky Britské antarktické služby.

„Ve východní Antarktidě můžeme vidět vzrušující mozaiku geologických útvarů, která odhaluje základní podobnosti a rozdíly mezi kůrou pod Antarktidou a dalšími kontinenty, k nimž byla připojena ještě před nějakých 160 milióny let.“

Zjištění z gravitačních gradientů ukazují, že západní Antarktida mé tenčí kůru a litosféru ve srovnání se východní Antarktidou. Ta je vytvořena z mozaiky starých kratónů oddělených mladšími orogeny. Ty ukazují například na spřízněnost Austrálie a Indie.

Tato zjištění odrážejí více než čistě historický geologický zájem. Poskytují stopy týkající se toho, jak kontinentální struktura Antarktidy ovlivňovala chování ledového příkrovu a jak rychle budou jednotlivé oblasti Antarktidy reagovat na tání ledu.

Vědec mise GOCE v ESA Roger Haagmans doplňuje: „Je úžasné vidět přímé využití gravitačních gradientů, které byly poprvé v historii změřeny právě s pomocí GOCE. Vede to k novému a nezávislému pohledu do nitra Země – a též pod silnou vrstvu ledu.“

„Poskytuje také kontext toho, jak byly kontinenty dříve pravděpodobně propojeny před tím, než se od sebe kvůli pohybu desek zemské kůry vzdálily.“