מה מכילה ליבת כדור הארץ?

(דן טרי) - הליבה המוצקה של כדור הארץ אינה עשויה רק ​​מברזל, אלא מכילה גם פחמן, חמצן וסיליקון. תגלית זו פותחת את הפתרון לתעלומה בת מאות השנים של האופן שבו הליבה יוצרת ומתחזקת את השדה המגנטי המגן על החיים.

ליבת כדור הארץ אולי לא מורכבת רק מברזל, אך נראה שהיא מכילה גם פחמן. מחקר חדש מצא שהיא מכילה גם חמצן וסיליקון (צילום: Getty Images).

הליבה העשירה בברזל במרכז כדור הארץ ממלאת תפקיד מפתח באבולוציה של כוכב הלכת. היא לא רק מפעילה את השדה המגנטי - המגן 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, ממה היא עשויה, ומתי היא החלה לקפוא? תגלית שנעשתה לאחרונה מקרבת את המדענים למענה על כל שלוש השאלות.

הטמפרטורה של הליבה הפנימית מוערכת בכ-5,000 קלווין (4,727 מעלות צלזיוס). בתחילה הליבה נוזלית, אך עם הזמן מתקררת, תוך התגבשות פנימית מוצקה ומתפשטת החוצה. שחרור חום זה יוצר זרמים טקטוניים של לוחות.

הקירור הוא גם מקור השדה המגנטי של כדור הארץ. חלק ניכר מהאנרגיה המגנטית כיום נשמרת על ידי הקפאת הליבה החיצונית הנוזלית, המפעילה את הליבה המרכזית המוצקה.

עם זאת, ללא גישה ישירה, מדענים נאלצים להסתמך על הערכות כדי להבין את מנגנון הקירור ותכונות הליבה. כדי להבהיר זאת, הגורם החשוב ביותר הוא קביעת טמפרטורת ההיתוך שלה.

הודות לסייסמולוגיה - חקר גלי רעידות אדמה - אנו יודעים בדיוק היכן נמצא הגבול בין הליבה המוצקה לנוזלית. הטמפרטורה בגבול זה היא גם נקודת ההיתוך, הנקודה שבה מתחילה הקפיאה.

לכן, אם ניתן יהיה לקבוע במדויק את טמפרטורת ההיתוך, לאנשים תהיה הבנה טובה יותר של הטמפרטורה האמיתית של הליבה וההרכב הכימי שבתוכה.

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 מליבותיהם של כוכבי לכת שנהרסו. ההרכב הכימי שלהם מצביע על כך שליבת כדור הארץ מורכבת בעיקר מברזל וניקל, אולי מעורבבים עם כמה אחוזים של סיליקון או גופרית. עם זאת, נתונים אלה הם ראשוניים בלבד ואינם מפורטים מספיק כדי להיות חד משמעיים.

סייסמולוגיה, לעומת זאת, מציעה תמונה מפורטת הרבה יותר. גלים סייסמיים מרעידות אדמה עוברים דרך כדור הארץ במהירויות שונות בהתאם לחומר דרכו הם עוברים. על ידי השוואת זמני הגעת הגלים לתחנות המדידה עם תוצאות ניסיוניות של מהירות התנועה במינרלים ובמתכות, מדענים יכולים לבנות מודלים של פנים כדור הארץ.

התוצאות הראו כי ליבת כדור הארץ קלה בכ-10% מברזל טהור. בפרט, הליבה החיצונית הנוזלית צפופה יותר מהליבה הפנימית המוצקה - פרדוקס שניתן להסבירו רק על ידי נוכחותם של כמה יסודות משניים.

אבל אפילו עם מצומצם טווח ההרכבים האפשריים, החידה נותרה בלתי פתורה. תרחישים שונים מניבים טמפרטורות התכה הנבדלות במאות מעלות צלזיוס, מה שמקשה על זיהוי מדויק של תכונות הליבה.

הגבלה חדשה

במחקר החדש, מדענים השתמשו בפיזיקה של מינרלים כדי להבין כיצד ליבת כדור הארץ החלה לקפוא - גישה ספציפית יותר מאשר גם מטאורולוגיה וגם סייסמולוגיה.

סימולציות מראות שכאשר האטומים במתכת נוזלית מתגבשים למוצק, כל סגסוגת דורשת רמה שונה של "קירור-על", או הורדה מתחת לנקודת ההיתוך שלה. ככל שהתהליך אינטנסיבי יותר, כך גדל הסיכוי שהנוזל יקפא.

לדוגמה, מים במקפיא יכולים לעבור קירור-על ל-5- מעלות צלזיוס במשך שעות לפני הקפאה, בעוד טיפות מים בעננים יכולות להפוך לברד לאחר מספר דקות בלבד ב-30- מעלות צלזיוס.

חישובים מצביעים על כך שקירור-העל המרבי של הליבה הוא כ-420 מעלות צלזיוס מתחת לנקודת ההיתוך שלה. אם היא הייתה חורגת, הליבה הפנימית הייתה גדולה באופן חריג בהשוואה לנתונים סייסמיים. בינתיים, ברזל טהור היה זקוק ל-1,000 מעלות צלזיוס כדי להתגבש, דבר בלתי אפשרי מכיוון שכל הליבה הייתה מתמצקת.

הוספת סיליקון או גופרית גם היא לא עוזרת, ואף עלולה לקרר עוד יותר את הליבה.

רק כאשר לוקחים בחשבון פחמן התמונה הגיונית. אם 2.4% ממסת הליבה הם פחמן, יידרשו כ-420 מעלות צלזיוס כדי להקפיא את הליבה הפנימית; עם 3.8% פחמן, הטמפרטורה יורדת ל-266 מעלות צלזיוס. נתון הרבה יותר סביר. זוהי העדות הראשונה לכך שפחמן ממלא תפקיד משמעותי בגיבוש הליבה.

הליבה, עם זאת, אינה יכולה להיות מורכבת רק מברזל ופחמן, שכן נתונים סייסמיים דורשים לפחות יסוד אחד נוסף. מחקרים מצביעים על כך שהליבה עשויה להכיל גם חמצן, ואפילו סיליקון.

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