داستان باورنکردنی انجماد هسته زمین: معمایی که دانشمندان را متحیر کرد!
هسته داخلی زمین، این گوی جامد آهنی که در اعماق سیاره ما پنهان شده، همواره یکی از بزرگترین معماهای علم زمینشناسی بوده است. دانشمندان اکنون ممکن است به پاسخی برای این سوال دیرینه دست یافته باشند: چه عاملی باعث انجماد هسته داخلی زمین شده است؟
هسته داخلی زمین، کرهای جامد از جنس آهن به قطر تقریبی ۲۴۰۰ کیلومتر (۱۵۰۰ مایل) است که توسط یک هسته خارجی مذاب احاطه شده. رشد این هسته، میدان مغناطیسی زمین را تقویت میکند، میدانی که سیاره ما را از تشعشعات مضر خورشیدی محافظت میکند. اما چگونگی متبلور شدن اولیه این هسته، تا به امروز نامشخص باقی مانده بود.
مطالعهای جدید که در نشریه “Nature Communications” منتشر شده، نشان میدهد که این فرآیند به شیمی اعماق زمین بستگی داشته است. محققان با استفاده از شبیهسازیهای قدرتمند کامپیوتری، آزمایش کردند که چگونه عناصر مختلف میتوانند بر انجماد آهن تحت فشارهای و دماهای بسیار زیاد در مرکز سیاره تأثیر بگذارند.
آنها دریافتند که افزودن کربن، امکان جامد شدن آهن را در شرایط واقعی فراهم میکند و از این رو، کربن به یک کاندیدای قوی برای عنصر گمشدهای تبدیل میشود که میلیاردها سال پیش به شکلگیری هسته داخلی کمک کرده است.
دکتر آلفرد ویلسون از دانشگاه لیدز (University of Leeds)، سرپرست این مطالعه، میگوید: «با مطالعه چگونگی شکلگیری هسته داخلی زمین، ما فقط در مورد گذشته سیاره خود اطلاعات کسب نمیکنیم، بلکه نگاهی نادر به شیمی ناحیهای میاندازیم که هرگز نمیتوانیم مستقیماً به آن دسترسی پیدا کنیم و در مورد چگونگی تغییر آن در آینده میآموزیم.»
تصویر: دیاگرامی از ساختار زمین شامل لایههای درونی و بیرونی. هسته داخلی در مرکز، هسته خارجی، گوشته، سنگکره و پوسته به ترتیب لایههای بعدی هستند.
هسته داخلی در اعماق سیاره، زیر لایههای سنگ و ماگما پنهان شده است – اعتبار تصویر: Getty Images/EPS Vector
در فشارهای موجود در عمق ۵۰۰۰ کیلومتری زیر پای ما، آهن به سادگی با رسیدن به نقطه ذوب خود منجمد نمیشود، بلکه باید قبل از ظاهر شدن کریستالها، “فوق سرد” شود. آهن خالص باید تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد (۱۸۳۲ درجه فارنهایت) خنک شود که این امر هستهای بسیار بزرگتر از آنچه امروز میبینیم ایجاد میکند.
مدلسازی کامپیوتری جدید نشان میدهد که کربن این معادله را تغییر میدهد. با وجود کمتر از ۴ درصد کربن در مخلوط، آهن میتواند پس از کاهش بسیار کمتری در دما متبلور شود و هستهای را تولید کند که با مشاهدات لرزهای مطابقت دارد.
دانشمندان میگویند مرکز زمین همچنان احتمالاً حاوی ترکیبی از عناصر مختلف است. اما این یافتهها، کربن را به طور جدی در قلب یکی از بزرگترین معماهای زمینشناسی قرار میدهد.
