ماذا يحتوي لب الأرض؟

(صحيفة دان تري) - لا يتكون لب الأرض الصلب من الحديد فحسب، بل يحتوي أيضًا على الكربون والأكسجين والسيليكون. يفتح هذا الاكتشاف الباب أمام حل ألغاز عمرها قرون حول كيفية تشكل اللب واحتفاظه بمجاله المغناطيسي الذي يحمي الحياة.

لا يمكن أن يكون لب الأرض حديداً فقط؛ إذ يبدو أنه يحتوي على الكربون أيضاً. وقد كشفت أبحاث جديدة أنه يحتوي أيضاً على الأكسجين والسيليكون (صورة: غيتي إيميجز).

يلعب اللب الغني بالحديد في مركز الأرض دورًا حاسمًا في تطور الكوكب. فهو لا يغذي المجال المغناطيسي فحسب - وهو درع يحمي الغلاف الجوي والمحيطات من الإشعاع الشمسي - بل يحرك أيضًا حركة الصفائح التكتونية، مما يعيد تشكيل القارات باستمرار.

على الرغم من أهميته، لا تزال العديد من الخصائص الأساسية لنواة الأرض غامضة: ما هي درجة حرارتها الفعلية، ومما تتكون، ومتى تبدأ بالتجمد؟ وقد قرّب اكتشاف حديث العلماء من الإجابة على هذه الأسئلة الثلاثة.

يُقدّر أن درجة حرارة اللب الداخلي تبلغ حوالي 5000 كلفن (4727 درجة مئوية). في البداية، يكون اللب سائلاً، ثم يبرد تدريجياً مع مرور الوقت، ويتبلور إلى مادة صلبة ويتمدد للخارج. ويؤدي هذا الانطلاق الحراري إلى تدفقات الصفائح التكتونية.

يُعد التبريد أيضاً مصدر المجال المغناطيسي للأرض. ويُستمد جزء كبير من الطاقة المغناطيسية الحالية من تجمد اللب الخارجي السائل، الذي يُغذي اللب الصلب في مركزها.

لكن نظرًا لاستحالة الوصول المباشر، يضطر العلماء إلى الاعتماد على التقديرات لفهم آليات التبريد وخصائص اللب. ولتوضيح ذلك، فإن أهم عامل هو تحديد درجة انصهاره.

بفضل علم الزلازل - العلم الذي يدرس موجات الزلازل - نعرف بدقة مكان الحد الفاصل بين اللب الصلب والسائل. درجة الحرارة عند هذا الحد هي أيضاً نقطة الانصهار، وهي نقطة البداية للتجمد.

لذلك، إذا أمكن تحديد نقطة الانصهار بدقة، فسيكتسب البشر فهمًا أفضل لدرجة الحرارة الحقيقية للنواة وتركيبها الكيميائي الداخلي.

الكيمياء الغامضة

هناك منهجان رئيسيان لفهم تكوين لب الأرض: دراسة النيازك وتحليل البيانات الزلزالية.

تُعتبر النيازك "بقايا" كواكب لم تتشكل بعد، أو شظايا من نوى كواكب دُمرت بالفعل. ويشير تركيبها الكيميائي إلى أن نواة الأرض تتكون أساسًا من الحديد والنيكل، وربما مع نسبة ضئيلة من السيليكون أو الكبريت. مع ذلك، تبقى هذه البيانات أولية وغير كافية لتأكيد أي شيء بشكل قاطع.

في الوقت نفسه، يوفر علم الزلازل رؤية أكثر واقعية. فالموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل، أثناء انتقالها عبر الأرض، تتغير سرعتها تبعًا لنوع المادة التي تمر عبرها. ومن خلال مقارنة الوقت الذي تستغرقه هذه الموجات للوصول إلى محطات الرصد مع نتائج التجارب المتعلقة بسرعة انتقالها في المعادن، يستطيع العلماء بناء نماذج للبنية الداخلية للكوكب.

تُظهر النتائج أن لب الأرض أخف بنحو 10% من الحديد النقي. والجدير بالذكر أن اللب الخارجي، وهو في حالة سائلة، أكثر كثافة من اللب الداخلي، وهي مفارقة لا يمكن تفسيرها إلا بوجود بعض العناصر الدخيلة.

ومع ذلك، حتى بعد تضييق نطاق التركيب المحتمل، تبقى المشكلة قائمة. إذ تُنتج السيناريوهات المختلفة درجات حرارة انصهار تتفاوت بمئات الدرجات المئوية، مما يجعل تحديد خصائص اللب بدقة أمرًا صعبًا.

قيود جديدة

في بحث جديد، استخدم العلماء علم المعادن لفهم كيف بدأ لب الأرض في التجمد - وهو نهج أكثر تحديدًا من كل من علم الأرصاد الجوية وعلم الزلازل.

تُظهر المحاكاة أنه عندما تتبلور الذرات في المعدن السائل إلى مواد صلبة، فإن كل سبيكة تتطلب مستوى مختلفًا من "التبريد الفائق"، أي خفض درجة حرارتها إلى ما دون نقطة انصهارها. وكلما كانت هذه العملية أقوى، كان تجمد السائل أسهل.

فعلى سبيل المثال، يمكن أن يبقى الماء في المجمد باردًا للغاية عند درجة حرارة -5 درجة مئوية لساعات قبل أن يتجمد، بينما تتحول قطرة الماء في السحابة إلى برد في غضون دقائق قليلة عند درجة حرارة -30 درجة مئوية.

تُشير الحسابات إلى أن أقصى درجة حرارة تبريد فائقة للنواة تبلغ حوالي 420 درجة مئوية تحت نقطة انصهارها. إذا تم تجاوز هذه الدرجة، فسيكون حجم النواة الداخلية أكبر من المعتاد مقارنةً بالبيانات الزلزالية. في المقابل، يتطلب الحديد النقي 1000 درجة مئوية للتبلور، وهو أمر مستحيل، إذ ستكون النواة بأكملها قد تصلبت بحلول ذلك الوقت.

إن إضافة السيليكون أو الكبريت لا يفيد؛ بل قد يتطلب الأمر تبريد النواة بشكل فائق أكثر.

لا تتضح الصورة إلا عند أخذ الكربون في الاعتبار. فإذا كانت نسبة الكربون في كتلة اللب 2.4%، فإن درجة حرارة تجميد اللب الداخلي تبلغ حوالي 420 درجة مئوية؛ أما إذا كانت نسبة الكربون 3.8%، فإن هذه الدرجة تنخفض إلى 266 درجة مئوية، وهو رقم أكثر منطقية. وهذا أول دليل يشير إلى أن الكربون يلعب دورًا حاسمًا في عملية تبلور اللب.

مع ذلك، لا يمكن أن يتكون لب البركان من الحديد والكربون فقط، إذ تشير البيانات الزلزالية إلى وجود عنصر آخر على الأقل. وتشير الأبحاث إلى احتمال احتواء اللب على الأكسجين، أو حتى السيليكون.

المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/loi-trai-dat-chua-dung-nhung-gi-20250923025913011.htm