يفترض العلماء أنه داخل باطن الأرض ، تكون الظروف شديدة الحرارة والضغط الشديد. هذا ما يسمح بتقسيم قلب الحديد والنيكل بشكل أساسي بين منطقة داخلية صلبة ومنطقة خارجية سائلة. يعتقد أن ديناميكيات هذا اللب مسؤولة عن قيادة الغلاف المغناطيسي للحماية لكوكبنا ، وهذا هو السبب في أن العلماء مصممون على تحسين فهمهم له.
بفضل البحث الجديد الذي أجراه فريق دولي من العلماء ، يبدو أن المنطقة الأساسية تحصل أيضًا على نصيبها العادل من "الثلج"! لتوضيح الأمر بطريقة أخرى ، أظهر بحثهم أنه داخل النواة الخارجية ، تتجمد جزيئات دقيقة من الحديد وتسقط لتشكيل أكوام يصل سمكها إلى 320 كم (200 ميل) فوق النواة الخارجية. يمكن لهذه النتائج أن تحسن بشكل كبير فهمنا للقوى التي تؤثر على الكوكب بأكمله.
أجرى البحث فريق من الباحثين من كلية جاكسون لعلوم الأرض بجامعة تكساس في أوستن ، والذين قادهم البروفيسور يوجون زانغ من معهد الفيزياء الذرية والجزيئية بجامعة سيتشوان. ونشرت الدراسة التي تصف أبحاثهم في عدد 23 ديسمبر من مجلة البحوث الجيوفيزيائية (JGR) Solid Earth.
إن دراسة أعماق الأرض ليست مهمة سهلة حيث أن الرادار المخترق للأرض لا يمكن التحقيق في أن أخذ العينات العميقة والمباشرة أمر مستحيل على الإطلاق. ونتيجة لذلك ، يضطر الباحثون إلى دراسة المناطق الداخلية للأرض من خلال علم علم الزلازل - أي دراسة الموجات الصوتية التي يتم إنشاؤها بواسطة النشاط الجيولوجي والمرور عبر الكوكب بانتظام.
من خلال قياس وتحليل هذه الموجات ، يتمكن علماء الجيولوجيا من الحصول على صورة أفضل لهيكل وتكوين المناطق الداخلية. في السنوات الأخيرة ، لاحظوا وجود اختلاف بين البيانات السيزمية والنماذج الحالية لب الأرض. بشكل أساسي ، ستتحرك الموجات المقاسة بشكل أبطأ مما كان متوقعًا عند المرور عبر قاعدة النواة الخارجية وأسرع عند التحرك عبر نصف الكرة الشرقي للنواة الداخلية.
لحل هذا اللغز ، اقترح البروفيسور زانغ وزملاؤه أن تبلور جزيئات الحديد يمكن أن تحدث في اللب الخارجي ، مما يخلق نواة داخلية "مغطاة بالثلوج". تم اقتراح نظرية وجود طبقة ملاط بين النواة الداخلية والخارجية لأول مرة من قبل S.I. Braginskii في عام 1963 ، ولكن تم رفضها بسبب المعرفة السائدة بظروف الحرارة والضغط في القلب.
ومع ذلك ، باستخدام سلسلة من التجارب التي أجريت على مواد تشبه النواة ودراسات علمية حديثة ، تمكن البروفيسور تشانغ وفريقه من إثبات أن التبلور في النواة الخارجية ممكن بالفعل. علاوة على ذلك ، وجدوا أن حوالي 15 ٪ من الجزء السفلي من النواة الخارجية يمكن أن يتكون من بلورات حديدية تسقط في نهاية المطاف وتستقر فوق النواة الداخلية الصلبة.
قال نيك ديغيرت ، الأستاذ المساعد في جامعة تينيسي ، الذي ساعد في إجراء البحث كجزء من زمالة ما بعد الدكتوراه مع JSG ، "إنه أمر غريب نوعًا ما أن نفكر فيه". "لديك بلورات داخل النواة الخارجية تتساقط على النواة الداخلية على مسافة عدة مئات من الكيلومترات".
كما أوضح البروفيسور يونغ فو لين (مؤلف مشارك آخر في الدراسة) ، فإن هذا مشابه لكيفية تشكل الصخور داخل البراكين. وقال: "يعمل القلب المعدني للأرض مثل حجرة الصهارة التي نعرفها بشكل أفضل في القشرة الأرضية". حتى أن الفريق قارن قبعة العملية التي تتسبب في تكوين أكوام من جزيئات الحديد على قلب الأرض الخارجي لما يحدث داخل غرف الصهارة أقرب إلى سطح الأرض.
في حين أن ضغط المعادن يخلق ما يعرف باسم "الصخور المتراكمة" في غرف الصهارة ، فإن ضغط جزيئات الحديد في عمق الأرض يساهم في نمو القلب الداخلي وتقلص النواة الخارجية. تراكم هذه الجسيمات ضد النواة الخارجية سيعزى إلى الانحرافات الزلزالية حيث أن التباين في السمك بين نصفي الكرة الشرقي والغربي يفسر التغير في السرعة.
نظرًا لتأثير القلب على الظواهر على مستوى الكوكب - مثل الغلاف المغناطيسي المذكور أعلاه والتدفئة التي تدفع النشاط التكتوني - فإن معرفة المزيد عن تكوينه وسلوكه أمر ضروري لتحسين فهمنا لكيفية عمل هذه العمليات الأكبر. في هذا الصدد ، يمكن أن يساعد البحث الذي أجراه البروفيسور زانغ وزملاؤه في حل الأسئلة الطويلة الأمد حول باطن الأرض وكيف أصبحت.
كما قال بروس بوفيت ، أستاذ علوم الأرض في جامعة كاليفورنيا في بيركلي الذي يدرس الديكور الداخلي للكواكب (ولم يكن مشاركًا في الدراسة):
"إن ربط تنبؤات النموذج بالملاحظات الشاذة يسمح لنا باستخلاص استنتاجات حول التركيبات المحتملة للنواة السائلة وربما ربط هذه المعلومات بالظروف التي كانت سائدة في وقت تكوين الكوكب. شرط البداية هو عامل مهم في أن تصبح الأرض الكوكب الذي نعرفه. "
نظرًا للطريقة التي يُعتقد أن الغلاف المغناطيسي للأرض ونشاطها التكتوني لعب دورًا حيويًا في ظهور وتطور الحياة ، فإن فهم ديناميكيات كوكبنا الداخلي يمكن أن يساعد أيضًا في البحث عن الكواكب الخارجية التي يمكن أن تكون صالحة للسكن - ناهيك عن الحياة الأرضية!
تم تمويل البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين ، وصناديق البحث الأساسية للجامعات المركزية ، وكلية جاكسون لعلوم الأرض ، ومؤسسة العلوم الوطنية ومؤسسة سلون.
