لقد بدأنا للتو في اكتشاف المادة التي يتكون منها اللب الداخلي للأرض

لقد بدأنا للتو في اكتشاف المادة التي يتكون منها اللب الداخلي للأرض
النواة الغنية بالحديد في مركز كوكبنا لقد كان جزءًا حاسمًا من تطور الأرض. جوهر ليس فقط القوى المجال المغنطيسي الذي يحمي غلافنا الجوي ومحيطاتنا من الإشعاع الشمسي، كما أنه يؤثر أيضًا على تكتونية الصفائح التي تعيد تشكيل القارات باستمرار.
ولكن على الرغم من أهميتها، فإن العديد من الخصائص الأساسية من جوهر غير معروفة. نحن لا نعرف بالضبط مدى سخونة القلب، أو مما يتكون، أو متى بدأ في التجمد. لحسن الحظ، اكتشاف حديث بواسطتي وزملائي يجعلنا أقرب بكثير إلى الإجابة على هذه الألغاز الثلاثة.
نحن نعلم أن درجة حرارة اللب الداخلي للأرض تبلغ حوالي 5000 كلفن (K) (4727 درجة مئوية). لقد كان في السابق سائلاً، لكنه برد وأصبح صلبًا بمرور الوقت، وتوسع نحو الخارج في هذه العملية. وعندما يبرد، فإنه يطلق الحرارة إلى الوشاح الذي يعلوه، مما يؤدي إلى دفع التيارات خلف تكتونية الصفائح.
وهذا التبريد نفسه يولد أيضًا المجال المغناطيسي للأرض. معظم طاقة الحقل اليوم تأتي من تجميد الجزء السائل من اللب ونمو اللب الداخلي الصلب في مركزه.
ومع ذلك، نظرًا لأننا لا نستطيع الوصول إلى النواة، يتعين علينا تقدير خصائصها لفهم كيفية تبريدها.
جزء أساسي من فهم القلب هو معرفة درجة حرارة ذوبانه. نحن نعرف أين تقع الحدود بين اللب الداخلي الصلب واللب الخارجي السائل من خلال علم الزلازل (دراسة الزلازل). ويجب أن تكون درجة حرارة اللب مساوية لدرجة حرارة انصهاره في هذا الموقع، لأن هذا هو المكان الذي يتجمد فيه. لذا، إذا عرفنا ما هي درجة حرارة الانصهار بالضبط، فيمكننا معرفة المزيد عن درجة الحرارة الدقيقة للقلب، ومما يتكون.
الكيمياء الغامضة
تقليديًا، لدينا طريقتان لمعرفة مما يتكون اللب: النيازك وعلم الزلازل. من خلال فحص كيمياء النيازك – التي يُعتقد أنها قطع من الكواكب التي لم تتشكل أبدًا، أو أجزاء من نوى الكواكب الشبيهة بالأرض المدمرة – يمكننا الحصول على فكرة عما يمكن أن يتكون منه قلبنا.
المشكلة هي أن هذا يعطينا فكرة تقريبية فقط. النيازك تبين لنا أن جوهر يجب أن تكون مصنوعة من الحديد والنيكلوربما نسبة قليلة من السيليكون أو الكبريت، لكن من الصعب أن نكون أكثر تحديدًا من هذا.
ومن ناحية أخرى، فإن علم الزلازل أكثر تحديدا بكثير. عندما تنتقل الموجات الصوتية الناتجة عن الزلازل عبر الكوكب، فإنها تتسارع وتتباطأ اعتمادًا على المواد التي تمر عبرها. ومن خلال مقارنة زمن انتقال هذه الموجات، من الزلزال إلى مقياس الزلازل، مع مدى سرعة انتقال الموجات عبر المعادن والفلزات في التجارب، يمكننا الحصول على فكرة عما يتكون باطن الأرض.
اتضح أن أوقات السفر هذه تتطلب أن يكون جوهر الأرض موجودًا 10% أقل كثافة من الحديد النقيوأن اللب الخارجي السائل أكثر كثافة من اللب الداخلي الصلب. فقط بعض كيمياء النواة المعروفة يمكنها تفسير هذه الخصائص.
ولكن حتى بين مجموعة صغيرة من المكونات المحتملة، تختلف درجات حرارة الانصهار المحتملة بمئات الدرجات، مما لا يجعلنا أكثر حكمة فيما يتعلق بالخصائص الدقيقة للنواة.
قيد جديد
في بحثنا الجديد، استخدمنا الفيزياء المعدنية لدراسة كيف بدأ اللب في التجمد لأول مرة، واكتشفنا طريقة جديدة لفهم كيمياء اللب. ويبدو أن هذا النهج أكثر تحديدًا من علم الزلازل والنيازك.
وجدت الأبحاث التي تحاكي كيفية تجمع ذرات المعادن السائلة معًا لتكوين المواد الصلبة أن بعض السبائك تتطلب “تبريدًا فائقًا” أكثر كثافة من غيرها. التبريد الفائق هو عندما يكون السائل يتم تبريده إلى ما دون درجة حرارة الانصهار. كلما كان التبريد الفائق أكثر كثافة، كلما اجتمعت الذرات معًا لتكوين مواد صلبة، مما يجعل تجميد السائل أسرع. يمكن تبريد زجاجة الماء الموجودة في الفريزر إلى -5 درجة مئوية لساعات قبل التجميد، في حين يتشكل البرد في دقائق عندما يتم تبريد قطرات الماء إلى -30 درجة مئوية في السحب.
من خلال استكشاف جميع درجات حرارة الانصهار المحتملة للنواة، نجد أن أقصى درجة حرارة يمكن أن تصل إليها النواة هي حوالي 420 درجة مئوية تحت درجة حرارة الانصهار – أي أكثر من ذلك، سيكون اللب الداخلي أكبر مما يعتقده علم الزلازل. لكن الحديد النقي يتطلب درجة حرارة مستحيلة تصل إلى 1000 درجة مئوية من التبريد الفائق للتجميد. ولو تم تبريده بهذه الدرجة، لتجمد قلب الكوكب بأكمله، على عكس ملاحظات علماء الزلازل.
إن إضافة السيليكون والكبريت، الذي تشير كل من النيازك وعلم الزلازل إلى إمكانية وجودهما في القلب، يزيد المشكلة سوءًا، ويتطلب مزيدًا من التبريد الفائق.
بحثنا الجديد يستكشف تأثير الكربون في القلب. إذا كان 2.4% من كتلة اللب عبارة عن كربون، فستكون هناك حاجة إلى حوالي 420 درجة مئوية من التبريد الفائق لبدء تجميد اللب الداخلي. هذه هي المرة الأولى التي يُثبت فيها إمكانية تجميد النواة. إذا كان محتوى الكربون في القلب 3.8%، فستكون هناك حاجة إلى 266 درجة مئوية فقط من التبريد الفائق. ولا يزال هذا كثيرًا، لكنه أكثر معقولية بكثير.
يُظهر هذا الاكتشاف الجديد أنه في حين أن علم الزلازل يمكنه تضييق نطاق الكيمياء المحتملة للقلب وصولاً إلى عدة مجموعات مختلفة من العناصر، فإن العديد منها لا يمكنه تفسير وجود اللب الداخلي الصلب في مركز الكوكب.
لا يمكن أن يتكون اللب من الحديد والكربون فقط، لأن الخصائص الزلزالية للقلب تتطلب عنصرًا إضافيًا واحدًا على الأقل. تشير أبحاثنا إلى أنه من المرجح أن يحتوي على القليل من الأكسجين وربما السيليكون أيضًا.
يمثل هذا خطوة مهمة نحو فهم مكونات اللب، وكيف بدأ بالتجمد، وكيف شكل كوكبنا من الداخل إلى الخارج.
أعيد نشر هذه المقالة المحررة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. اقرأ المادة الأصلية.
ماذا يوجد داخل مسابقة الأرض: اختبر معلوماتك عن طبقات كوكبنا المخفية
■ مصدر الخبر الأصلي
نشر لأول مرة على: www.livescience.com
تاريخ النشر: 2025-09-21 13:30:00
الكاتب:
تنويه من موقع “yalebnan.org”:
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
www.livescience.com
بتاريخ: 2025-09-21 13:30:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “yalebnan.org”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
