ماذا يحتوي نواة الأرض؟

(دان تري) - لا يتكون لب الأرض الصلب من الحديد فحسب، بل يحتوي أيضًا على الكربون والأكسجين والسيليكون. يفتح هذا الاكتشاف الباب أمام حل لغزٍ قديمٍ حول كيفية تشكل لب الأرض والحفاظ على المجال المغناطيسي الذي يحمي الحياة.

قد لا يتكون لب الأرض من الحديد فحسب، بل يبدو أنه يحتوي على الكربون أيضًا. وقد وجدت دراسة جديدة أنه يحتوي على الأكسجين والسيليكون أيضًا (الصورة: Getty Images).

يلعب نواة الأرض الغنية بالحديد دورًا محوريًا في تطور الكوكب. فهي لا تُغذي المجال المغناطيسي فحسب، بل تُشكل الدرع الذي يحمي الغلاف الجوي والمحيطات من الإشعاع الشمسي، وتُحرك أيضًا الصفائح التكتونية، مُعيدةً تشكيل القارات باستمرار.

على الرغم من أهميتها، لا تزال العديد من خصائصها الأساسية غامضة: ما مدى حرارتها، ومما تتكون، ومتى بدأت بالتجمد؟ يُقرّب اكتشاف حديث العلماء من الإجابة على هذه الأسئلة الثلاثة.

تُقدَّر درجة حرارة اللب الداخلي بحوالي 5000 كلفن (4727 درجة مئوية). يكون اللب سائلاً في البداية، ثم يبرد مع مرور الوقت، مُتبلوراً داخله الصلب ومتمدداً نحو الخارج. يُؤدي هذا التحرر الحراري إلى ظهور تيارات تكتونية للصفائح.

التبريد هو أيضًا مصدر المجال المغناطيسي للأرض. يُحافظ على جزء كبير من الطاقة المغناطيسية اليوم بفضل تجمد اللب الخارجي السائل، الذي يُغذي اللب المركزي الصلب.

مع ذلك، وبدون الوصول المباشر، يضطر العلماء إلى الاعتماد على التقديرات لفهم آلية تبريد النواة وخصائصها. ولتوضيح ذلك، فإن العامل الأهم هو تحديد درجة انصهارها.

بفضل علم الزلازل - دراسة موجات الزلزال - نعرف بدقة أين تقع الحدود بين النواة الصلبة والسائلة. درجة الحرارة عند هذه الحدود هي أيضًا نقطة الانصهار، أي النقطة التي يبدأ عندها التجمد.

وبالتالي، إذا أمكن تحديد درجة حرارة الانصهار بدقة، فسوف يكون لدى الناس فهم أفضل لدرجة الحرارة الحقيقية للنواة والتركيب الكيميائي داخلها.

الكيمياء الغامضة

هناك طريقتان رئيسيتان لفهم تركيب نواة الأرض: دراسة النيازك وتحليل البيانات الزلزالية.

تُعتبر النيازك بقايا كواكب لم تتشكل بعد، أو شظايا من أنوية كواكب مُدمّرة. يُشير تركيبها الكيميائي إلى أن نواة الأرض تتكون أساسًا من الحديد والنيكل، وربما تكون ممزوجة بنسبة ضئيلة من السيليكون أو الكبريت. مع ذلك، تُعدّ هذه البيانات أولية فقط، وليست مُفصّلة بما يكفي لتكون نهائية.

من ناحية أخرى، يُقدم علم الزلازل رؤيةً أكثر تفصيلاً. تنتقل الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل عبر الأرض بسرعات مختلفة تبعًا للمادة التي تمر بها. وبمقارنة أوقات وصول الموجات إلى محطات القياس بالنتائج التجريبية لسرعة انتقالها في المعادن والفلزات، يُمكن للعلماء بناء نماذج لباطن الكوكب.

أظهرت النتائج أن لب الأرض أخف وزنًا بنحو 10% من الحديد النقي. وتحديدًا، فإن اللب الخارجي السائل أكثر كثافة من اللب الداخلي الصلب - وهي مفارقة لا يمكن تفسيرها إلا بوجود بعض العناصر الثانوية.

لكن حتى مع تضييق نطاق التركيبات المحتملة، يبقى اللغز دون حل. فالسيناريوهات المختلفة تُنتج درجات حرارة انصهار تختلف بمئات الدرجات المئوية، مما يُصعّب تحديد خصائص النواة بدقة.

قيد جديد

وفي الدراسة الجديدة، استخدم العلماء الفيزياء المعدنية لفهم كيفية بدء تجمد نواة الأرض - وهو نهج أكثر تحديدًا من كل من علم الأرصاد الجوية وعلم الزلازل.

تُظهر المحاكاة أنه مع تبلور ذرات المعدن السائل إلى مادة صلبة، يتطلب كل سبيكة مستوى مختلفًا من "التبريد الفائق"، أي خفض درجة حرارتها إلى ما دون نقطة انصهارها. كلما زادت شدة العملية، زاد احتمال تجمد السائل.

على سبيل المثال، يمكن تبريد الماء في الثلاجة إلى -5 درجة مئوية لمدة ساعات قبل التجمد، بينما يمكن لقطرات الماء في السحب أن تتحول إلى حبات برد بعد بضع دقائق فقط عند -30 درجة مئوية.

تشير الحسابات إلى أن أقصى تبريد فائق للنواة يكون حوالي 420 درجة مئوية تحت درجة انصهارها. لو تم تجاوز هذا الحد، لكان حجم النواة الداخلية كبيرًا بشكل غير عادي مقارنةً ببيانات الزلازل. في الوقت نفسه، يحتاج الحديد النقي إلى 1000 درجة مئوية ليتَبلور، وهو أمر مستحيل لأن النواة بأكملها ستكون قد تجمدت.

إن إضافة السيليكون أو الكبريت لا يساعد أيضًا، بل قد يؤدي إلى تبريد القلب بشكل أكبر.

لا تتضح الصورة إلا عند أخذ الكربون في الاعتبار. إذا كان الكربون يشكل 2.4% من كتلة اللب، فسيستغرق تجميد اللب الداخلي حوالي 420 درجة مئوية؛ أما مع 3.8% كربون، فتنخفض هذه الحرارة إلى 266 درجة مئوية. وهو رقم أكثر منطقية. وهذا أول دليل على أن الكربون يلعب دورًا هامًا في تبلور اللب.

مع ذلك، لا يمكن أن يتكون اللب من الحديد والكربون فقط، إذ تتطلب البيانات الزلزالية عنصرًا آخر على الأقل. تشير الأبحاث إلى أن اللب قد يحتوي أيضًا على الأكسجين، وحتى السيليكون.

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