راز میدان مغناطیسی زمین از آغاز پیدایش

وبسایت zoomit.ir - بابک قهرمانی: در مورد چگونگی شکل‌گیری میدان مغناطیسی زمین و روند حفظ آن طی زمان‌های متمادی همواره فرضیه‌های زیادی پیشنهاد شده است. اما به نظر می‌رسد که حرکات تلاطمی مواد مذاب زمین در زمان آغاز پیدایش آن و کریستالیزه شدن برخی مواد شیمیایی منجر به پیدایش نوعی سازوکار نیرویی در مرکز زمین شده باشد.

متخصصان ژئوفیزیک به پدیده‌ای که هم اکنون با آن روبرو شده‌اند عنوان پارادوکس جدید را اطلاق می‌کنند. پرسشی که آنها را سردرگم کرده این است که کره‌ی زمین چگونه توانسته طی میلیاردها سال و هنگامی که از حالت بسیار مذاب و آتشین اولیه‌ی خود به تدریج سردتر می‌شده، میدان مغناطیسی خود را به دست آورد و همچنین این میدان را طی این مدت حفظ کند؟


هم اکنون دو دانشمند توانسته‌اند دو روش گوناگون را برای پاسخ‌گویی به این تناقض پیشنهاد کنند. بر اساس این روش‌ها، گفته می‌شود که کره‌ی زمین در حین تبدیل شدن از حالت مذاب به حالت سردتر باعث بلوری شدن (یا کریستالیزه شدن) برخی مواد معدنی شده است و در این هنگام و در اثر ملتهب شدن هسته‌ی سیاره‌ی جوان، میدان مغناطیسی کره‌ی زمین شکل گرفته است. در این میان تفاوتی که بین دو روش وجود دارد به نوع موادی که بلوری شده‌اند مربوط می‌شود.

کی هیروس (Kei Hirose) که در انستیتوی فناوری توکیو در زمینه‌ی ژئوفیزیک و به طور خاص در انجام آزمایش‌های محیط‌های تحت فشار بالا برای شبیه‌سازی شرایط اعماق زمین فعالیت دارد معتقد است که ماده‌ی معدنی مذکور باید سیلیکون‌دی‌اکسید باشد. او در روز ۱۷ دسامبر سال ۲۰۱۵ و در یک گردهم‌آیی در انجمن ژئوفیزیک امریکا در سانفرانسیسکو با قاطعیت به این نکته اشاره کرد.

از سویی دیگر، دیوید استیونسن (David Stevenson) که در انستیتوی فناوری کالیفرنیا در پاسادینا به عنوان یک متخصص ژئولوژی فعالیت دارد معتقد است که ماده‌ی معدنی ذکر شده باید اکسید منیزیوم باشد. طی یک کار پژوهشی که البته نتایج آن به صورت همگانی انتشار نیافته است، استیونسن پیشنهاد داد که اکسید منیزیمی که در زمان مذاب بودن کره‌ی زمین و کم‌کم از آن متبلور شده است ممکن است با برقراری تفاوت‌های شناوری به شکل‌دهی نوعی فرایند ژئودینامیکی ( ژئودینامیک به دانشی گفته می‌شود که به بررسی نیروهای درون کره‌ی زمین می‌پردازد) در طول زمان انجامیده است.

تناقض پایه‌ای در سال ۲۰۱۲ خود را نشان داد. این در واقع زمانی بود که چندین گروه‌ پژوهشی گزارش دادند که هسته‌ی کره‌ی زمین با سرعتی بیشتر از آنچه که پیش از آن پنداشته می‌شد در حال از دست دادن گرمای خود است. هدایت گرمای بیشتر به بیرون هسته‌ی کره از سمت داخل هسته به این معنی است که گرمای کمتری برای برانگیختن و حرکت دادن مایع موجود در هسته‌ی زمین می‌ماند. دانستن این موضوع زمانی مهم تلقی می‌شود که بدانیم بنا به گزارش‌های به دست آمده از برخی بررسی‌ها، کره‌ی زمین ممکن است دارای میدان مغناطیسی با عمر بیش از ۴ میلیارد سال باشد. این قدمت در واقع درست به اندازه‌ی نیم میلیارد سال پس از یکپارچه‌ شدن آن از میان ذرات معلق و شناور خورشید است که در آن زمان به عنوان یک ستاره‌ی تازه متولد شده بوده است. پروفسور پیتر دریسکول (Peter Driscoll) متخصص ژئوفیزیک انستیتوی کارنیژ در واشینگتون دی سی در همان گرد‌هم‌آیی مذکور در این باره گفت:

ما به دینامیکی با پیوستگی بیشتر یا کمتر از مقداری که با آن مواجه هستیم نیاز داریم.

هیروس در آزمایشگاه توکیو ترکیب‌های گوناگونی از آهن، سیلیکون و اکسیژن را در یک سلول سندانی الماسی (Diamond anvil cell) قرار داد و با فشرده ساختن آنها زمینه‌ای را فراهم کرد تا محیطی با دما و فشار بسیار بالا ایجاد شود که این دما گاها تا ۴۰۰۰ درجه سانتی‌گراد هم می‌رسید. این در واقع همان دمایی است که برای شبیه‌سازی دمای جهنمی هسته‌ی زمین در زمان تشکیل باید وجود داشته باشد. او در نهایت به این نکته پی برد که سیلیکون و اکسیژن با هم کریستالیزه (بلوری) می‌شوند و در صورتی که هردوی آنها در یک محل حضور داشته باشند، سیلیکون دی‌اکسید هم به دست می‌آید.

با ته‌نشینی سیلیکون دی‌اکسید در زمان‌های آغاز پیدایش کره‌ی زمین، این احتمال وجود داشته است که ماده‌ی مذکور باعث ایجاد شناوری کافی در ماده‌ی مذاب باقی‌مانده برای ادامه‌ی روندش شده باشد و به این ترتیب زمینه‌ی لازم برای ایجاد حرکت تلاطمی مورد نیاز برای نگه داشتن یک سازوکار دینامیکی پایدار را فراهم کرده باشد. هیروس در این باره می‌گوید:

تا جایی که دانش من در این زمینه یاریم می‌کند باید بگویم که سازوکار پیشنهادی من در واقع آسان‌ترین سازوکاری است که برای شکل‌دادن و راه انداختن یک سازوکار زمین پویایی (ژئودینامیکی) می‌تواند وجود داشته باشد.

استیونسن، بر‌خلاف هیروس ماده‌ی منیزیم را به عنوان ماده‌ی راهگشا برای حل این معما می‌داند و معتقد است:

منیزیم برای چنین سازوکاری از سیلیکون‌دی‌اکسید معقول‌تر است، چون منیزیم اکسید می‌توانسته است در وهله‌ی اول هم از کره‌ی زمین در حالت مذاب ته‌نشین شده باشد. البته این ایده تنها مطرح می‌کند که چه رویدادی می‌توانسته در آن زمان رخ داده باشد؛ نه رویدادی را که واقعا در آن زمان به حتم به وقوع پیوسته است.