הליבה הפנימית של כדור הארץ מסתובבת במהירות שלה, היא חמה מאוד וככל הנראה סייעה לשמר חיים ו
איך כדור הארץ יכול לשחזר את השדה המגנטי שלו כל כך מהר?
מדענים מתחילים להאמין בכך יותר ויותרזה היה בגלל הופעת הליבה הפנימית של כדור הארץ. זהו כדור של ברזל מוצק שיושב בתוך ליבה חיצונית מותכת. האחרון מורכב ממתכת רותחת שיוצרת את השדה המגנטי של כוכב הלכת.
חוקרים מציעים כי הליבה הפנימיתהופיע כ-4 מיליארד שנים לאחר לידתו של כוכב הלכת עצמו. הוא גדל לאט, כמה מילימטרים בשנה. זה, מאמינים מדענים, הוביל לפעילות בליבה החיצונית ועורר עלייה בכוחו של השדה המגנטי.
"הליבה הפנימית החזירה את השדה המגנטיכדור הארץ: וזה קרה ברגע המתאים ביותר באבולוציה, אומר ג'ון טארדונו, גיאופיזיקאי מאוניברסיטת רוצ'סטר. "מה היה קורה אם זה לא היה נוצר?"
מדענים עדיין תוהים איך ולמה הפנימיהליבה הופיעה בתקופה זו. "הליבה הפנימית היא כוכב לכת בתוך כוכב לכת", אמר הרוואה טקלצ'יץ', סיסמולוגית באוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה (ANU). "יש לו טופוגרפיה משלו, מהירות סיבוב ומבנה משלו. זה מתחת לרגלינו, אבל עדיין יש הרבה שאנחנו לא מבינים לגבי איך זה עובד".
כיצד נחקר ה"כוכב" הפנימי שלנו?
כדי לחקור את הליבה הפנימית, חוקרים משתמשים בגלים סיסמיים נדירים מרעידות אדמה או ניסויים גרעיניים שחודרים או קופצים לליבה הפנימית.
אז סייסמולוגים גילו כי הליבה הפנימיתמסתובב ללא תלות בשאר כדור הארץ. באמצעות מודלים ממוחשבים, הם חזו את המבנה שלו, כמו גם את ההתנהגות החריגה של סגסוגות ברזל בלחץ גבוה.
במשך זמן רב האנושות לא הייתה שלמהרעיונות לגבי המבנה הפנימי של כדור הארץ. רק בתחילת שנות ה-30, אינגה להמן, סיסמולוגית דנית, הבחינה במגוון חדש של גלי P, או גלי לחץ. הם ציינו כי ליבת כדור הארץ אינה נוזלית לחלוטין. עד 1936, להמן הגיע למסקנה שלכדור הארץ יש ליבה פנימית מוצקה. יתרה מכך, החוקרים שמו לב שבכל שנה גלי ה-P העוברים דרך הליבה הפנימית מואצים מעט. ניתן להסביר זאת רק בדרך אחת - הליבה הפנימית מסתובבת מהר יותר משאר כדור הארץ, בערך 1° בשנה. כל 400 שנה, הם הציעו במאמר Nature משנת 1996, הליבה הפנימית עשתה מהפכה נוספת בתוך כדור הארץ.
גילוי זה זעזע גיאופיזיקאים רבים, אשרההנחה הייתה שהליבה הפנימית מסתובבת באותה מהירות כמו המעטפת. אם תלמדו את הסיבוב שלו, זה יעזור להבין כיצד הליבה הפנימית מתחברת אל החיצונית ומשפיעה על השדה המגנטי. זה גם יסביר מדוע הקטבים המגנטיים של כדור הארץ נודדים ומתהפכים מדי פעם.
אז הליבה הפנימית זזה מהר יותר מכדור הארץ, נכון?
לא ממש.החוקר יי יאנג הרכיב מאוחר יותר את מסד הנתונים הנרחב ביותר בעולם של רעידות אדמה. לאחר שניתח אותם, יאנג גילה שהליבה הפנימית מסתובבת באותה מהירות כמו המעטפת. ואז הגיעה עובדה חריגה עוד יותר: לפי מחקר משנת 2021, הליבה הפנימית הסתובבה לאט יותר משאר כדור הארץ, בכ-0.05 מעלות בשנה.
חוקרים החלו לשער את זהלליבה הפנימית יש קצב משלו. במשך עשרות שנים, אסטרונומי רדיו עקבו אחר שינויים זעירים בסיבוב כדור הארץ. הם נצפו על פי מערכת התייחסות החלל: הם עקבו אחר שינויים במיקום של עצמים מרוחקים בחלל. רוב התנודות במהלך השנה נובעות מהוריקנים ורעידות אדמה, אך ישנה תנודה קטנה וקבועה של 6 שנים שלא ניתן להסביר אותה בקלות.
"אנחנו עדיין לא יודעים למה זה קורה, אבל כולם מהמרים על הליבה", בנג'מין צ'או, סוקר באקדמיה סיניקה.
ממה עשויה הליבה הפנימית?
הליבה הפנימית היא המקום המתכתי ביותרעל הקרקע. הוא מכיל אפילו יותר מתכות מאשר החיצוני. שניהם עשויים בעיקר מברזל עם מגע של ניקל. כמו כן, מאמינים כי ברזל מכיל עקבות של יסודות קלים יותר כמו חמצן, פחמן וסיליקון.
כאשר ברזל מתגבש על גידולפני השטח של הליבה הפנימית, הוא פולט חלק מהאלמנטים הללו מעצמו. התוצאה היא ברזל כמעט טהור. זה כמו קרח שנוצר בדלי של מי מלח: הוא עוקר את המלח והופך לרוב למים מתוקים. אלמנטים שנפלטים מהליבה קלים יותר מברזל: הם עולים ומתרוצצים קדימה: תהליך זה גורם לעד 80% מההסעה, אשר מייצרת את השדה המגנטי של כדור הארץ.
הסעה היא סוג של העברת חום והעברת חום, במהלכה מועברת אנרגיה פנימית על ידי סילונים וזרימות של החומר עצמו.
מה אנחנו עדיין לא יודעים על הליבה הפנימית?
מה קורה לברזל הנותר - בנושא זהיש דיון מתמשך. לאטומי ברזל על פני כדור הארץ - כמו אלה במחבת ברזל יצוק - יש מבנה מעוקב. אבל אם דגימות זעירות של ברזל נלחצות בין שני יהלומים ויוצרות לחץ דומה לזה שבגלעין הפנימי, האטומים מסדרים את עצמם מחדש למשושים.
הקושי הוא שאף אחד עדיין לאיודע מה קורה לברזל כשהוא נדחס ומחומם בו זמנית לאלפי מעלות, אומר לידונקה ווצ'דלו, פיזיקאי מינרלים חישוביים מאוניברסיטת קולג' בלונדון.
קשה לשחזר את התנאים הללו במעבדה,מכיוון שהפחמן ביהלומים מזהם ברזל בחימום, ציין ווצ'דלו. הצוות שלו הפעיל הדמיות ממוחשבות ומצא שצורתו של משושה, או משושה, היא המבנה היציב ביותר בתנאי הליבה הפנימית. הדגמים גם מראים כי ברזל טהור הופך רך כאשר הוא נמצא ב-98% מנקודת ההיתוך שלו.
לדוגמה, המים חייבים להתקרר מתחת לנקודהמקפיאים ליצירת קרח. החוקרים הציעו שברזל לא יוכל להתמצק לצורת משושה אם הוא קריר בכמעט 1,340 מעלות צלזיוס מהליבה הפנימית. בתחילת 2022 פורסם מודלים בקנה מידה אטומי המצביע על כך שברזל המצטבר בליבה הפנימית עשוי להתגבש תחילה בצורה מעוקבת לפני מעבר לצורה משושה.
איך הליבה הפנימית והחיים על פני כדור הארץ קשורים?
לפי מידע מתצורה געשית שהופיעה לפני 565 מיליון שנה בגדה הצפונית של נהר סנט בלורנס, השדה המגנטי באותה תקופה היה עשירית ממה שהוא היום.
זה היה כנראה בגלל העובדה החיצוניהליבה איבדה חום במהירות, אומר פיטר דריסקול, גיאודינמיקאי במכון קרנגי למדע. אם השדה המגנטי של כדור הארץ היה נעלם לחלוטין, החיים כפי שהם התפתחו יהיו חשופים בכבדות לקרינה מהתלקחויות שמש. קרינה מוגברת עלולה לרוקן את החמצן, משאב רב ערך לכל החיים.
רק 30 מיליון שנה מאוחר יותר, עוצמת המגנטיהשדות עלו ל-70% מהערכים הנוכחיים. בערך באותו זמן, ההתפתחות הפעילה של החיים הביאה למהפכה על פני כדור הארץ. זה היה אז שמקורם של רוב קבוצות החיות, המין היבשתי הראשון הופיעו.
אולי העולם המתהווה וכל היצורים החייםעל כדור הארץ חייבים את קיומם לליבת הברזל הפנימית, שנמצאת 5,000 ק"מ מתחת, מתחת לרגלינו. כעת מנסים החוקרים לשחזר את התנאים שנמצאו בליבה במעבדה: משימה קשה אך הכרחית. בעזרת ניסוי כזה ניתן לאשר את המסקנות שהסיקו חוקרים קודם לכן על סמך מודלים מתמטיים.