מה מכילה ליבת כדור הארץ?

(עיתון דן טרי) - הליבה המוצקה של כדור הארץ אינה מורכבת רק מברזל, אלא גם פחמן, חמצן וסיליקון. תגלית זו פותחת את הדלת לפתרון תעלומות בנות מאות שנים על האופן שבו הליבה יוצרת ומתחזקת את השדה המגנטי שלה המגן על החיים.

ליבת כדור הארץ לא יכולה להיות רק ברזל; נראה שהיא מכילה גם פחמן. מחקר חדש מצא שהיא מכילה גם חמצן וסיליקון (צילום: Getty Images).

הליבה העשירה בברזל במרכז כדור הארץ ממלאת תפקיד מכריע באבולוציה של כוכב הלכת. היא לא רק מפעילה את השדה המגנטי - מגן המגן על האטמוספירה והאוקיינוסים מפני קרינת השמש - אלא גם מניעה את טקטוניקת הלוחות, ומעצבת מחדש ללא הרף את היבשות.

למרות חשיבותה, תכונות בסיסיות רבות של הליבה נותרות בגדר תעלומה: כמה היא חמה באמת, ממה היא עשויה, ומתי היא מתחילה לקפוא? תגלית שנערכה לאחרונה קירבה את המדענים למענה על כל שלוש השאלות.

הטמפרטורה של הליבה הפנימית מוערכת בכ-5,000 קלווין (4,727 מעלות צלזיוס). בתחילה, כשהיא במצב נוזלי, הליבה מתקררת בהדרגה עם הזמן, מתגבשת למרכיב מוצק ומתפשטת החוצה. שחרור חום זה יוצר זרימות לוחות טקטוניות.

קירור הוא גם מקור השדה המגנטי של כדור הארץ. חלק ניכר מהאנרגיה המגנטית של ימינו מתקיים על ידי קיפאון הליבה החיצונית הנוזלית, המפעילה את הליבה המוצקה שבמרכזה.

עם זאת, מכיוון שגישה ישירה אינה אפשרית, מדענים נאלצים להסתמך על הערכות כדי להבין את מנגנוני הקירור והתכונות של הליבה. כדי להבהיר זאת, הגורם החשוב ביותר הוא קביעת נקודת ההיתוך שלה.

הודות לסייסמולוגיה - המדע החוקר גלי רעידות אדמה - אנו יודעים בדיוק היכן נמצא הגבול בין הליבה המוצקה לנוזלית. הטמפרטורה בגבול זה היא גם נקודת ההיתוך, נקודת ההתחלה של הקיפאון.

לכן, אם ניתן היה לקבוע את נקודת ההיתוך במדויק, בני אדם היו מקבלים הבנה טובה יותר של הטמפרטורה האמיתית של הליבה וההרכב הכימי הפנימי שלה.

כימיה מסתורית

ישנן שתי גישות עיקריות להבנת הרכב ליבת כדור הארץ: לימוד מטאוריטים וניתוח נתונים סייסמיים.

מטאוריטים נחשבים ל"שרידים" של כוכבי לכת שטרם נוצרו או לרסיסים מליבות של כוכבי לכת שכבר הושמדו. ההרכב הכימי שלהם מצביע על כך שליבת כדור הארץ מורכבת בעיקר מברזל וניקל, אולי עם כמה אחוזים של סיליקון או גופרית. עם זאת, נתונים אלה הם ראשוניים בלבד ואינם מפורטים מספיק כדי לאשר משהו באופן סופי.

בינתיים, סייסמולוגיה מספקת מבט קונקרטי הרבה יותר. גלים סייסמיים מרעידות אדמה, כשהם נעים דרך כדור הארץ, משנים את מהירותם בהתאם לסוג החומר שהם עוברים דרכו. על ידי השוואת הזמן שלוקח לגלים להגיע לתחנות ניטור עם תוצאות ניסיוניות על מהירות העברה במינרלים ובמתכות, מדענים יכולים לבנות מודלים של המבנה הפנימי של כדור הארץ.

התוצאות מראות כי ליבת כדור הארץ קלה בכ-10% מברזל טהור. ראוי לציין כי הליבה החיצונית, הנמצאת במצב נוזלי, צפופה יותר מהליבה הפנימית, פרדוקס שניתן להסבירו רק על ידי נוכחותם של כמה יסודות חיצוניים.

עם זאת, אפילו לאחר צמצום ההרכב האפשרי, הבעיה נותרת ללא פתרון. תרחישים שונים מניבים טמפרטורות התכה המשתנות במאות מעלות צלזיוס, מה שהופך את הקביעה המדויקת של תכונות הליבה לאתגר.

הגבלה חדשה

במחקר חדש, מדענים השתמשו במינרלוגיה כדי להבין כיצד ליבת כדור הארץ החלה לקפוא - גישה ספציפית יותר מאשר מטאורולוגיה וסיסמולוגיה כאחד.

סימולציות מראות שכאשר אטומים במתכת נוזלית מתגבשים למוצקים, כל סגסוגת דורשת רמה שונה של "קירור-על", כלומר, הורדה מתחת לנקודת ההיתוך שלה. ככל שתהליך זה חזק יותר, כך הנוזל קופא בקלות רבה יותר.

לדוגמה, מים במקפיא יכולים להישאר קרים מאוד ב-5- מעלות צלזיוס במשך שעות לפני שהם קופאים, בעוד טיפת מים בענן הופכת לברד תוך דקות ספורות ב-30- מעלות צלזיוס.

חישובים מראים שטמפרטורת קירור-העל המקסימלית של הליבה נמוכה בכ-420 מעלות צלזיוס מנקודת ההיתוך שלה. אם טמפרטורה זו תחרוג, הליבה הפנימית תהיה גדולה באופן חריג בהשוואה לנתונים סייסמיים. בינתיים, ברזל טהור דורש 1,000 מעלות צלזיוס כדי להתגבש, דבר בלתי אפשרי, שכן הליבה כולה הייתה מתמצקת עד אז.

הוספת סיליקון או גופרית לא עוזרת; ייתכן שהיא אפילו תדרוש קירור-על נוסף של הליבה.

רק כאשר לוקחים בחשבון פחמן התמונה הגיונית. אם 2.4% ממסת הליבה הוא פחמן, נדרשות כ-420 מעלות צלזיוס כדי להקפיא את הליבה הפנימית; עם 3.8% פחמן, טמפרטורה זו יורדת ל-266 מעלות צלזיוס. נתון סביר הרבה יותר. זוהי העדות הראשונה המצביעה על כך שפחמן ממלא תפקיד מכריע בתהליך התגבשות הליבה.

עם זאת, לא ייתכן שהליבה מורכבת אך ורק מברזל ופחמן, שכן נתונים סייסמיים מצביעים על נוכחותו של לפחות יסוד אחד נוסף. מחקרים מצביעים על האפשרות שהליבה מכילה גם חמצן, או אפילו סיליקון.

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