هسته زمین مایع است یا جامد؟

وب سایت کلیک: محققان پاسخ جدیدی به این سوال داده اند، که چرا برخلاف داغ تر بودن هسته داخلی زمین نسبت به سطح خورشید این هسته همچنان جامد باقی می ماند؟ این امر می تواند به دلیل ساختار اتمی گوی آهنی متبلور در مرکز زمین باشد.

محققان می گویند که این هسته آهنی به شکل اتمی است که قبلا هرگز به این شکل دیده نشده است، این حالت هسته باعث می شود که بتواند دما و فشار موجود در مرکز سیاره را تحمل کند و اگر این موضوع درست باشد معمایی که دهه هاست دانشمندان را سردرگم ساخته حل می شود.

یک تیم از موسسه تکنولوژی رویال KTH در سوئد با استفاده از Triolith (یکی از بزرگترین ابرکامپیوترهای کشور) توانست فرایندهای هسته ای که ممکن است در ۶۴۰۰ کیلومتری (۴۰۰۰ مایل) زیر پاهای ما اتفاق بیفتد را شبیه سازی کند.

همانطور که در مورد هر فلز دیگری هم صادق است، تغییر ساختارها در مقیاس اتمی در آهن به دما و فشار وابسته است. در دمای اتاق و تحت فشار معمولی آهن به شکل مکعب مرکز محور (BCC) است که تحت فشار بالا به شکل بسته بندی شش ضلعی (HCP) درمی آید.

این اصطلاحات فنی، آرایش اتم ها درون فلز را توصیف می کنند، که تغییردر این آرایش، استحکام و خصوصیات دیگر مانند حالت جامد بودن را تحت تاثیر قرار می دهد.

تاکنون تصور می شد که آهن متبلور جامد در هسته زمین دارای آرایش HCP است، زیرا شرایط برای آرایش BCC بسیار ناپایدار بود.

تحقیقات جدید باعث تغییر این تصور شدند، طبق این تحقیقات محیط اطراف مرکز سیاره نه تنها باعث فروپاشی آرایش BCC نمی شوند بلکه به آن استحکام هم می بخشند.

تحت شرایطی که در هسته زمین وجود دارد، آهن BCC دارای الگوی انتشار اتمی است که قبلا هرگز دیده نشده است.

عجیب تر آن است که ناپایداری باعث از بین رفتن شکل BCC در دمای پایین می شود اما در دمای بالا شکل BCC را پایدار می کند.

بلونوسکو فعالیت های هسته ای آهن در مرکز زمین را به کارت هایی تشبیه می کند که در یک دسته به هم می ریزند، هنگامی که اتم ها به علت نیروهای حاصل از دما و فشار بالا به طور سریع و ناباورانه ای به هم می ریزند، اتم ها به شکل سالم و دست نخورده باقی می مانند.

این نیروها واقعا قابل توجه هستند: فشار ۳٫۵ میلیون برابر فشار سطح زمین و دمای ۶۰۰۰ درجه سانتیگراد (۱۰۸۰۰ فارنهایت) گرم تر از دمای سطح زمین.

داده ها از Triolith نشان می دهند که ۹۶ درصد هسته داخلی زمین از آهن ساخته شده است که این میزان بیشتر از تخمین های قبلی است، و بقیه از نیکل و عناصر سبک دیگر ساخته شده است.

معمای دیگری که به واسطه تحقیقات اخیر پاسخ داده می شود این است که چرا امواج لرزه ای بین قطب ها سریعتر از وسط خط استوا حرکت می کنند؟ این ویژگی از لحاظ علمی به نام ناهمسانگردی شناخته شده است، و این بدان معناست که بعضی چیزها مانند رگه های چوب در جهت خاصی تشکیل می شوند.

محققان می گویند که رفتار آهن BCC به قدری تحت شرایط سخت در هسته زمین است که می تواند اثرات ناهمسانگردی را در مقیاس بزرگ ایجاد کند و این راه دیگری برای اکتشافات بعدی دانشمندان است.

نکته مهمی که باید یادآور شویم آن است که این فرضیه ها براساس شبیه سازی جنبش های درونی زمین هستند و گروه های جداگانه مدل های مختلف را براساس محاسبات مختلف اجرا می کنند و نتایجی که با این استنتاجات سازگاری ندارند کنار گذاشته می شوند.

تا زمانی که ما نتوانیم ابزارهای واقعی را به درون هسته زمین ببریم هرگز اطمینان ۱۰۰ درصد نخواهیم داشت که محاسبات صحیح باشند و با این فشار و دمایی که تصور می شود در هسته زمین وجود داشته باشد ما هرگز مستقیما شواهدی را از فعالیت هسته بدست نخواهیم آورد.

اما با وجود چالش ها، این تحقیق اهمیت فراوانی دارد و باید دنبال شود، زیرا با داشتن اطلاعات بیشتر درباره فعالیت های درونی زمین، پیش بینی های بهتری درباره اتفاقات بعدی خواهیم داشت.

هدف نهایی علم زمین پی بردن به گذشته، حال و آینده زمین است و پیش بینی ها این اجازه را به ما خواهند داد.