انقلابی در ژئوفیزیک / دمای هسته زمین هزار درجه سردتر از آنچه می‌ دانستیم

به گزارش رکنا، بر اساس یافته‌های ارائه شده در نشست گولدشمیت، دمای هسته زمین ممکن است تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد کمتر از برآوردهای پیشین باشد. پژوهشگران با استفاده از پالس‌های الکتریکی در مقیاس میکروثانیه و فشار دو میلیون اتمسفر، دریافتند که آهن خالص در مرز هسته داخلی باید در بازه ۴٬۴۲۰ تا ۵٬۲۲۰ کلوین ذوب شود.

دمای هسته زمین؛ بازنگری در یکی از اساسی‌ترین پارامترهای سیاره ما

برای سال‌ها، دانشمندان تصور می‌کردند که مرکز زمین، همانند یک کوره عظیم و سوزان، دمایی نزدیک به سطح خورشید دارد. اما حالا یک کشف شگفت‌انگیز، این تصویر دیرینه را به چالش کشیده است. بر اساس یافته‌های جدیدی که در نشست بین‌المللی گولدشمیت در لیون فرانسه ارائه شد، دمای هسته زمین ممکن است تا ۱۰۰۰ درجه سانتی‌گراد کمتر از برآوردهای پیشین باشد. این کشف، نه‌تنها درک ما از درون سیاره‌مان را متحول می‌کند، بلکه می‌تواند پاسخی برای یکی از قدیمی‌ترین معماهای زمین‌شناسی باشد.

روشی نوین برای اندازه‌گیری دما در اعماق غیرقابل‌دسترس

پژوهشگران موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) با سرپرستی مایکل والتر، موفق شدند با استفاده از تکنیکی کاملاً جدید، دمای ذوب آهن را در شرایطی شبیه به هسته زمین اندازه‌گیری کنند. نکته شگفت‌انگیز این است که این اندازه‌گیری، برخلاف روش‌های پیشین که با عدم قطعیت‌های زیادی همراه بودند، از پالس‌های الکتریکی فوق‌سریع در مقیاس میکروثانیه بهره می‌برد تا در کسری از ثانیه و پیش از آنکه گرما به محیط اطراف منتقل شود، نقطه ذوب را به طور دقیق ثبت کند.

آنها با اعمال فشاری معادل دو میلیون برابر فشار جو زمین (که تقریباً معادل فشار در مرز هسته داخلی و خارجی است)، دریافتند که آهن خالص در این شرایط باید در بازه ۴٬۴۲۰ تا ۵٬۲۲۰ کلوین ذوب شود. این عدد، به طور قابل‌توجهی پایین‌تر از تخمین‌های قبلی است که برخی از آنها دمای نزدیک به ۶٬۰۰۰ کلوین را برای هسته پیش‌بینی می‌کردند.

حل معمای ۶۰ ساله: پارادوکس هسته نو

شاید جذاب‌ترین جنبه این کشف، تأثیر آن بر یکی از معماهای دیرینه زمین‌شناسی باشد؛ «پارادوکس هسته نو» (New Core Paradox). این معما از دهه ۱۹۶۰ ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده بود. سوال اصلی این است: چگونه میدان مغناطیسی زمین که توسط حرکت فلزات مذاب در هسته خارجی و به کمک فرآیندی به نام ژئودینامو تولید می‌شود، میلیاردها سال پیش، یعنی پیش از آنکه هسته داخلی جامد زمین شکل بگیرد، همچنان فعال بوده است؟

پاسخ در سردشدن تدریجی هسته نهفته است. محاسبات جدید نشان می‌دهد که سردشدن تدریجی هسته به‌تنهایی می‌تواند انرژی کافی برای فعال ماندن ژئودینامو در طول تاریخ زمین فراهم کند. به عبارت دیگر، برای حفظ میدان مغناطیسی در دوران جوانی زمین، نیازی به منبع گرمایی اضافی یا مکانیسم دیگری نبوده است. مایکل والتر در این باره می‌گوید: «این نتایج می‌تواند پارادوکس هسته نو را حل کند و نشان دهد که مدل‌های قبلی از دمای هسته، بیش از حد گرم بوده‌اند.»

پیامدهای گسترده برای علوم زمین

کشف جدید تنها به حل یک معمای علمی ختم نمی‌شود؛ بلکه پیامدهای عمیقی برای درک ما از کل سیستم زمین دارد:

۱. بازنگری در مرز هسته و گوشته: هسته و گوشته زمین، دو لایه با ویژگی‌های کاملاً متفاوت، در مرزی به طول هزاران کیلومتر با یکدیگر در تماس هستند. دمای دقیق در این مرز، تأثیر مستقیمی بر نحوه انتقال حرارت، همرفت مواد و حتی شکل‌گیری ستون‌های گوشته‌ای (که منشأ آتشفشان‌های عظیم هستند) دارد. این یافته احتمالاً درک ما را از مرز میان هسته و گوشته زمین تغییر خواهد داد.

۲. تاریخچه سردشدن زمین: دانستن دمای واقعی هسته به دانشمندان اجازه می‌دهد تا مدل‌های دقیق‌تری از نحوه سردشدن زمین از زمان شکل‌گیری آن، حدود ۴/۵ میلیارد سال پیش، ارائه دهند. این امر می‌تواند به ما بگوید که چه زمانی هسته داخلی جامد شروع به شکل‌گیری کرده و چگونه این فرآیند بر میدان مغناطیسی و در نهایت، بر شرایط سطحی و حیات روی زمین تأثیر گذاشته است.

۳. ترکیب شیمیایی هسته: دمای ذوب آهن با وجود ناخالصی‌هایی مانند نیکل، سیلیکون، گوگرد و اکسیژن تغییر می‌کند. با دانستن دمای دقیق‌تر، دانشمندان می‌توانند تخمین دقیق‌تری از میزان این ناخالصی‌ها در هسته ارائه دهند، که خود برای درک ترکیب کل سیاره و فرآیندهای تفریق (تشکیل لایه‌ها) حیاتی است.

سخن پایانی: نگاهی دوباره به اعماق

کشف جدید، یادآور این نکته است که با وجود تمام پیشرفت‌های فناوری، هنوز چیزهای ناشناخته‌ی بسیاری در اعماق سیاره‌مان وجود دارد. ما هرگز نمی‌توانیم به هسته زمین سفر کنیم، اما با روش‌های غیرمستقیم و هوشمندانه مانند این، می‌توانیم تصویر روزافزون و دقیق‌تری از آنچه در زیر پایمان می‌گذرد، ترسیم کنیم. این کشف، گام بزرگی در مسیر شناخت تاریخ پویا و زنده زمین و نیروهای مرموزی است که آن را قابل سکونت کرده‌اند. همان‌طور که والتر تأکید می‌کند، «ما تازه داریم درک می‌کنیم که چقدر از سیاره‌مان را نادیده گرفته‌ایم.