يدور اللب الداخلي للأرض بسرعته الخاصة، وهو حار جدًا وعلى الأرجح ساعد في الحفاظ على الحياة و
كيف يمكن للأرض استعادة مجالها المغناطيسي بهذه السرعة؟
بدأ العلماء على نحو متزايد في الاعتقاد بذلكوكان هذا بسبب ظهور اللب الداخلي للأرض. إنها كرة من الحديد الصلب تقع داخل قلب خارجي منصهر. ويتكون الأخير من معدن يغلي ويولد المجال المغناطيسي للكوكب.
يقترح الباحثون أن النواة الداخليةظهر بعد حوالي 4 مليارات سنة من ولادة الكوكب نفسه. كان ينمو ببطء، بضعة ملليمترات في السنة. ويعتقد العلماء أن هذا أدى إلى نشاط في اللب الخارجي وأدى إلى زيادة في قوة المجال المغناطيسي.
"أعاد اللب الداخلي المجال المغناطيسيالأرض: لقد حدث ذلك في أنسب لحظة في التطور ، كما قال جون تاردونو ، عالم الجيوفيزياء بجامعة روتشستر. "ماذا كان سيحدث لو لم يتم تشكيلها؟"
لا يزال العلماء يتساءلون كيف ولماذا الداخليةظهر اللب خلال هذه الفترة. قال هرفوي تكالسيك ، عالم الزلازل في الجامعة الوطنية الأسترالية (ANU): "اللب الداخلي هو كوكب داخل كوكب". "لها تضاريسها الخاصة ، وسرعة دورانها وبنيتها الخاصة. إنه تحت أقدامنا ، لكن لا يزال هناك الكثير مما لا نفهمه حول كيفية عمله ".
كيف يتم دراسة "كوكبنا" الداخلي؟
ولدراسة اللب الداخلي، يستخدم الباحثون موجات زلزالية نادرة من الزلازل أو التجارب النووية التي تخترق اللب الداخلي أو تنعكس منه.
لذلك اكتشف علماء الزلازل أن اللب الداخلييدور بشكل مستقل عن بقية الكوكب. وباستخدام نماذج حاسوبية، تنبأوا ببنيتها، بالإضافة إلى السلوك غير المعتاد لسبائك الحديد تحت ضغط مرتفع.
لفترة طويلة كانت البشرية ناقصةأفكار حول الهيكل الداخلي للأرض. لم يلاحظ عالم الزلازل الدنماركي إنجي ليمان حتى أوائل الثلاثينيات من القرن الماضي مجموعة جديدة من موجات P أو موجات الضغط. وأشاروا إلى أن لب الأرض ليس سائلًا تمامًا. بحلول عام 1936 ، توصل ليمان إلى أن الأرض تمتلك لبًا داخليًا صلبًا. علاوة على ذلك ، لاحظ الباحثون أنه في كل عام يتم تسريع موجات P التي تمر عبر اللب الداخلي بشكل طفيف. يمكن تفسير ذلك بطريقة واحدة فقط - النواة الداخلية تدور أسرع من بقية الكوكب ، حوالي درجة واحدة في السنة. كل 400 عام ، كما اقترحوا في ورقة نيتشر عام 1996 ، أحدث اللب الداخلي ثورة إضافية داخل الأرض.
صدم هذا الاكتشاف العديد من الجيوفيزيائيين الذينكان من المفترض أن النواة الداخلية تدور بنفس سرعة الوشاح. إذا درست دورانها ، فسيساعدك ذلك على فهم كيفية اتصال اللب الداخلي بالجزء الخارجي ويؤثر على المجال المغناطيسي. وسوف يفسر أيضًا سبب تجول الأقطاب المغناطيسية للأرض وتقليبها من وقت لآخر.
إذن اللب الداخلي يتحرك أسرع من الأرض ، أليس كذلك؟
ليس حقيقيًا.قام الباحث يي يانغ في وقت لاحق بتجميع قاعدة بيانات الزلازل الأكثر شمولاً في العالم. وبعد تحليلها، اكتشف يانغ أن اللب الداخلي يدور بنفس سرعة الوشاح. ثم جاءت حقيقة أكثر غرابة: وفقًا لدراسة أجريت عام 2021، كان اللب الداخلي يدور بشكل أبطأ من بقية الكوكب، بحوالي 0.05 درجة سنويًا.
بدأ الباحثون في التكهن بذلكالنواة الداخلية لها إيقاعها الخاص. لعقود من الزمان ، كان علماء الفلك الراديوي يتتبعون التغيرات الدقيقة في دوران الأرض. وقد لوحظوا وفقًا للنظام المرجعي الفضائي: حيث قاموا بتتبع التغيرات في مواقع الأجسام الفضائية البعيدة. تعود معظم التقلبات على مدار العام إلى الأعاصير والزلازل ، ولكن هناك تقلبًا صغيرًا ومنتظمًا لمدة 6 سنوات لا يمكن تفسيره بسهولة.
وقال بنجامين تشاو، المساح في أكاديميا سينيكا: "لا نعرف حتى الآن سبب حدوث ذلك، لكن الجميع يراهنون على الجوهر".
مما يتكون اللب الداخلي؟
اللب الداخلي هو أكثر مكان معدنيعلى الأرض. يحتوي على معادن أكثر من الخارجي. كلاهما مصنوع بشكل أساسي من الحديد بلمسة من النيكل. يُعتقد أيضًا أن الحديد يحتوي على آثار من عناصر أخف مثل الأكسجين والكربون والسيليكون.
عندما يتبلور الحديد على نموسطح القلب الداخلي ، فإنه يطرد بعض هذه العناصر من نفسه. والنتيجة هي حديد نقي تقريبًا. إنه مثل الجليد الذي يتشكل في دلو من الماء المالح: إنه يزيح الملح ويتحول إلى مياه عذبة في الغالب. العناصر المقذوفة من القلب أخف من الحديد: ترتفع وتندفع للأمام: هذه العملية تسبب ما يصل إلى 80٪ من الحمل الحراري ، مما يولد المجال المغناطيسي للأرض.
الحمل الحراري هو نوع من نقل الحرارة ونقل الحرارة ، حيث يتم نقل الطاقة الداخلية عن طريق النفاثات وتدفق المادة نفسها.
ما الذي ما زلنا لا نعرفه عن اللب الداخلي؟
ماذا يحدث للحديد المتبقي - في هذا الموضوعهناك نقاش مستمر. ذرات الحديد الموجودة على سطح الأرض - مثل تلك الموجودة في مقلاة من الحديد الزهر - لها هيكل مكعب. ولكن إذا تم ضغط عينات صغيرة من الحديد بين ماستين وخلق ضغطًا مشابهًا للضغط الموجود في النواة الداخلية، فإن الذرات تعيد ترتيب نفسها في أشكال سداسية.
والصعوبة هي أنه لم يقم أحد بذلك بعديقول ليدونكا فوتشادلو، عالم فيزياء المعادن الحاسوبية في جامعة كوليدج لندن، إنه يعرف ما يحدث للحديد عندما يتم ضغطه وتسخينه في نفس الوقت إلى آلاف الدرجات.
يصعب إعادة هذه الظروف في المختبر ،وأشار فوشادلو إلى أن الكربون الموجود في الماس غالبًا ما يلوث الحديد عند تسخينه. أجرى فريقه عمليات محاكاة حاسوبية ووجدوا أن شكل السداسي ، أو السداسي ، هو الهيكل الأكثر استقرارًا في ظروف اللب الداخلي. تُظهر النماذج أيضًا أن الحديد النقي يصبح طريًا عندما يكون عند 98٪ من نقطة انصهاره.
على سبيل المثال، يجب أن يبرد الماء تحت هذه النقطةتجميد لتشكيل الجليد. واقترح الباحثون أن الحديد لا يمكن أن يتصلب إلى شكل سداسي إذا كان أكثر برودة بحوالي 1340 درجة مئوية من اللب الداخلي. في أوائل عام 2022، نُشرت نماذج على المستوى الذري تشير إلى أن الحديد المتراكم في النواة الداخلية قد يتبلور أولاً في شكل مكعب قبل أن يتحول إلى شكل سداسي.
كيف يرتبط الجوهر الداخلي والحياة على الأرض؟
ووفقا لمعلومات من تكوين بركاني ظهر قبل 565 مليون سنة على الضفة الشمالية لنهر سانت في لورانس، كان المجال المغناطيسي في ذلك الوقت عُشر ما هو عليه اليوم.
ربما كان هذا بسبب حقيقة أن الخارجويقول بيتر دريسكول، عالم الديناميكا الجيولوجية في معهد كارنيجي للعلوم، إن النواة كانت تفقد حرارتها بسرعة. إذا اختفى المجال المغناطيسي للأرض تمامًا، فإن الحياة في تطورها ستكون معرضة بشدة للإشعاع الناتج عن التوهجات الشمسية. يمكن أن تؤدي زيادة الإشعاع إلى استنفاد الأكسجين، وهو مورد قيم لجميع أشكال الحياة.
بعد 30 مليون سنة فقط ، شدة المغناطيسيةارتفعت الحقول إلى 70٪ من القيم الحالية. في نفس الوقت تقريبًا ، أنتج التطور النشط للحياة ثورة على الأرض. عندها نشأت معظم مجموعات الحيوانات ، وظهرت الأنواع الأرضية الأولى.
ربما العالم الناشئ وجميع الكائنات الحيةعلى كوكب الأرض، يعود وجودها إلى اللب الحديدي الداخلي، الذي يقع على عمق 5000 كيلومتر تحت أقدامنا. ويحاول الباحثون الآن إعادة إنتاج الظروف الموجودة في القلب في المختبر: وهي مهمة صعبة ولكنها ضرورية. وبمساعدة مثل هذه التجربة، من الممكن تأكيد الاستنتاجات التي توصل إليها الباحثون سابقًا بناءً على النماذج الرياضية.