تحت أقدامنا، وعلى عمق مذهل يتجاوز 5,100 كيلومتر، يكمن النواة الداخلية للأرض – كرة صلبة من الحديد والنيكل تلعب دورًا حاسمًا في تشكيل الظروف التي نختبرها على السطح. في الواقع، بدونها قد لا نكون موجودين حتى.
لكن على الرغم من أهميتها، فإن كيفية تكوينها وتطورها تظل لغزًا بعض الشيء. نحن لا نعرف حتى كم عمرها. لحسن الحظ، فإن فيزياء المعادن تقربنا من حل هذا اللغز.
النواة الداخلية مسؤولة عن المجال المغناطيسي للأرض، الذي يعمل كدرع يحميّنا من الإشعاع الشمسي الضار. قد يكون هذا المجال المغناطيسي مهمًا لخلق الظروف التي سمحت للحياة بالازدهار قبل مليارات السنين.
كانت النواة الداخلية للأرض سائلة في السابق لكنها تحولت إلى صلبة مع مرور الوقت.
مع تبريد الأرض تدريجيًا، تتمدد النواة الداخلية نحو الخارج بينما “يتجمد” السائل الغني بالحديد المحيط بها. ومع ذلك، فهي لا تزال ساخنة للغاية، على الأقل 5,000 كلفن (K) (4726.85°C).
تطلق هذه العملية للتجمد عناصر مثل الأكسجين والكربون التي لا تتوافق مع كونها في حالة صلبة ساخنة. وهذا يخلق سائلًا ساخنًا وعائمًا في قاع النواة الخارجية.
يرتفع السائل إلى النواة الخارجية السائلة ويختلط بها مما ينشئ تيارات كهربائية (من خلال “عمل الدينامو”) والتي تولد مجالنا المغناطيسي.
هل تساءلت يومًا ما الذي يجعل الأضواء الشمالية ترقص في السماء؟ يمكنك شكر النواة الداخلية لذلك.
التبلور الغامض
لفهم كيف تطور المجال المغناطيسي للأرض عبر تاريخها، يستخدم علماء الجيوفيزياء نماذج تحاكي الحالة الحرارية للنواة والوشاح.
تساعد هذه النماذج على فهم كيفية توزيع الحرارة وانتقالها داخل الأرض. تفترض أن النواة الداخلية الصلبة ظهرت لأول مرة عندما برد السائل إلى نقطة انصهاره ، معتبرةً ذلك الوقت عندما بدأت بالتجمد. المشكلة هي أن ذلك لا يعكس بدقة عملية التجمد.
لذا استكشف العلماء عملية “التبريد الفائق”. التبريد الفائق هو عندما يتم تبريد سائل تحت نقطة تجمده دون أن يتحول إلى حالة صلبة . يحدث هذا مع الماء في الغلاف الجوي , حيث يصل أحياناً إلى -30 درجة مئوية قبل تكوين البرد ، وأيضاً مع الحديد داخل نوى الأرض .
لتجميد الحديد الخالص في قلب الأرض . بالنظر لأن موصلية القلب تشير الى أنه يبرد بمعدل 100-200K لكل مليار سنة ، فإن هذا يمثل تحديًا كبيرا .
< p > يشير مستوى التبريد الفائق هذا الى أن القلب كان بحاجة لأن يكون أقل من نقطة انصهاره طوال تاريخه بالكامل (من 1,000 الى 500 مليون سنة ) , مما يقدم تعقيدات إضافية .
< p > بما أننا لا نستطيع الوصول جسديّاً للنواه — فقد حفر البشر فقط بعمق 12كم داخل الأرض — < a href = " https: // www.sciencedirect.com/science/article / abs / pii /0016703795000544?via%3Dihub "> نعتمد تقريباً بالكامل على علم الزلازل لفهم باطن كوكبنا .
< p > تم اكتشاف القلب الداخلي عام 1936 ، وحجمُه (حوالي 20% من نصف قطر الأرض) هو أحد الخصائص الأكثر تحديداً للعمق الداخلي للأرض . نحن نستخدم هذه المعلومات لتقدير درجة حرارة القلب ، بافتراض أن الحدود بين الحالة الصلبة والسائلة تمثل تقاطع نقطة الانصهار ودرجة حرارة القلب .
< / p >< p > تساعدنا هذه الافتراضات أيضًا على تقدير الحد الأقصى للتبريد الفائق الذي يمكن أن يحدث قبل بدء تشكيل القلب الداخلي الناتج عن دمج القلوب الداخلية والخارجية.
< / p >< p > إذا كانت القاعدة قد تجمدت مؤخرً ا , فإن الحالة الحرارية الحالية عند حدود القاعدة الداخليه – الخارجيّة تشير كم كانت القاعدة المدمجة أدنى من نقطة انصهارها عندما بدأت القاعدة الداخلة بالتجميد أول مرة.
هذا يوحي بأنه يمكن للقلب بأقصى حد أن يكون قد تم تبريده فائقً ا بحوالي400K
.< / P >
< P>This is at least double what seismology allows.
إذا كان قلب الكوكب قد تعرض لتبريده فائقً ا بمقدار1,000 K قبل التجمد , يجب أن تكون قاعدة الكوكبة أكبر بكثير مما لوحظ .
بدلاً من ذلك , إذا كان1,000 K ضروري للتجميد ولم يتحقق أبداً , فلا ينبغي وجود قاعدة داخليّة أصلاً .
يبدو واضحا أنه ليس أي سيناريو دقيق لذا ما هو التفسير ؟
لقد اختبر علماء الفيزياء المعدنية الحديد الخالص ومخاليط أخرى لتحديد مقدار التبريّد المطلوب لبدء تشكيل القاعدة الداخليّة.
بينما لم تقدم هذه الدراسات بعد إجابة نهائية إلا أنها حققت تقدم واعد.
على سبيل المثال تعلمنا بأن الهياكل البلورية غير المتوقعة ووجود الكربون يمكنهما التأثير على عملية التبرد الفائقة.
تشير هذه النتائج إلى أنه ربما توجد تركيبة أو بنية معينة لم تؤخذ بعين الاعتبار سابقا وقد لاتحتاج لمثل تلك الدرجة الكبيرة غير المعقولة للتبرد .
إذا استطاعت قاعدة الكوكبة التجمد عند أقلّ مِن400 K
يمكن تفسير وجود القاعدة كما نشاهد اليوم .
إن تداعيات عدم فهم تكوين القاعدة الداخلة بعيدة المدى.
تشمل تقديرات عمر قاعدة الداخل السابقة تتراوح بين500إلى1000 مليون سنة ولكن تلك لاتأخذ بعين الاعتبار مسألة التبرد العالي جداً
حتى إن مجرد تبرد معتدل قدره100 K
يمكن يعني بأن قاعدة الداخل أصغر بكثير مما اعتقد سابقا.
فهم توقيع تشكّل قلبٍ داخليٍ ضمن سجل الصخور القديمة للمغناطيسية – وهو أرشيف للمجال المغناطيسي للأرض – أمرٌ بالغ الأهمية بالنسبة لأولئك الذين يدرسون تأثير الإشعاع الشمسي على الانقراض الجماعي.
حتى نفهم بشكل أفضل تاريخ المجال المغناطيسي لن نستطيع تحديد دوره بشكل كامل فيما يتعلق بظهور ظروف ملائمة للحياة.
< a href = “ https :// theconversation.com/profiles/alford-wilson-spencer-
1489656 ” >< em > ألفريد ويلسون سبنسر
< em >< em>, زميل بحثي للفيزياء المعدنية,
جامعة ليدز
This article is republished from
under a Creative Commons license.Readthe
