قلب الأرض

قبل قرن من الزمان ، كان العلم بالكاد يعرف أن الأرض لها جوهر. اليوم نحن محيرون من القلب وعلاقاته مع بقية الكوكب. في الواقع ، نحن في بداية عصر ذهبي من الدراسات الأساسية.

عرفنا بحلول تسعينيات القرن التاسع عشر ، من الطريقة التي تستجيب بها الأرض لخطورة الشمس والقمر ، أن للكوكب نواة كثيفة ، وربما حديد. في عام 1906 ، وجد ريتشارد ديكسون أولدهام أن موجات الزلازل تتحرك عبر مركز الأرض بشكل أبطأ مما تمر به من خلال الوشاح المحيط بها - لأن المركز سائل.

في عام 1936 ، ذكرت إنجي ليمان أن شيئًا ما يعكس موجات زلزالية من داخل القلب. أصبح من الواضح أن النواة تتكون من قشرة سميكة من الحديد السائل - النواة الخارجية - مع نواة داخلية صلبة أصغر في مركزها. إنه صلب لأنه في هذا العمق يتغلب الضغط العالي على تأثير درجة الحرارة المرتفعة.

في عام 2002 ، نشر Miaki Ishii و Adam Dziewonski من جامعة هارفارد أدلة على وجود "قلب داخلي داخلي" بطول 600 كيلومتر. في عام 2008 ، اقترح Xiadong Song و Xinlei Sun قلبًا داخليًا داخليًا مختلفًا يبلغ عرضه حوالي 1200 كم. لا يمكن عمل الكثير من هذه الأفكار حتى يؤكد الآخرون العمل.

كل ما نتعلمه يثير أسئلة جديدة. يجب أن يكون الحديد السائل مصدر المجال المغنطيسي الأرضي للأرض - الجيودينامو - ولكن كيف يعمل؟ لماذا تقلب الجيودينامو ، وتتحول الشمال المغناطيسي والجنوب ، على مدى الزمن الجيولوجي؟ ماذا يحدث في الجزء العلوي من القلب ، حيث يلتقي المعدن المنصهر مع الوشاح الصخري؟ بدأت الإجابات في الظهور خلال التسعينات.

أداتنا الرئيسية للبحث الأساسي كانت موجات الزلازل ، وخاصة تلك من الأحداث الكبيرة مثل زلزال سومطرة 2004. رنين "الأوضاع العادية" ، التي تجعل الكوكب ينبض بنوع من الحركات التي تراها في فقاعة صابون كبيرة ، مفيدة لفحص البنية العميقة على نطاق واسع.

لكن المشكلة الكبرى هي عدم التفرد- يمكن تفسير أي دليل زلزالي معين بأكثر من طريقة. تعبر الموجة التي تخترق القلب أيضًا القشرة مرة واحدة على الأقل والعباءة مرتين على الأقل ، لذلك قد تنشأ ميزة في مخطط الزلازل في عدة أماكن محتملة. يجب فحص العديد من البيانات المختلفة.

تلاشى حاجز عدم التفرد إلى حد ما عندما بدأنا في محاكاة الأرض العميقة في أجهزة الكمبيوتر التي تحتوي على أرقام واقعية ، وبينما نعيد إنتاج درجات الحرارة العالية والضغوط في المختبر مع خلية سندان الماس. هذه الأدوات (ودراسات طول اليوم) سمحت لنا بالنظر عبر طبقات الأرض حتى نتمكن في النهاية من التفكير في اللب.

بالنظر إلى أن الأرض كلها في المتوسط ​​تتكون من نفس خليط المواد التي نراها في مكان آخر في النظام الشمسي ، يجب أن يكون القلب معدنًا من الحديد مع بعض النيكل. لكنه أقل كثافة من الحديد النقي ، لذا فإن حوالي 10 بالمائة من اللب يجب أن يكون أخف.

أفكار حول ما هو هذا المكون الضوئي الذي تم تطويره. كان الكبريت والأكسجين مرشحين لفترة طويلة ، وحتى الهيدروجين قد تم التفكير فيه. في الآونة الأخيرة ، كان هناك اهتمام متزايد بالسيليكون ، حيث تشير التجارب والمحاكاة عالية الضغط إلى أنه قد يذوب في الحديد المصهور بشكل أفضل مما كنا نعتقد. ربما هناك أكثر من واحد في الأسفل. يتطلب الأمر الكثير من الاستدلال المبدع والافتراضات غير المؤكدة لاقتراح وصفة معينة - لكن الموضوع لا يتجاوز كل التخمينات.

يواصل علماء الزلازل التحقيق في النواة الداخلية. النواة نصف الكرة الشرقي يبدو أنه يختلف عن نصف الكرة الغربي في طريقة محاذاة بلورات الحديد. من الصعب مهاجمة المشكلة لأن الأمواج الزلزالية يجب أن تذهب مباشرة من زلزال ، مباشرة عبر مركز الأرض ، إلى جهاز قياس الزلازل. الأحداث والآلات التي تصطف على حق فقط هي نادرة. والآثار خفية.

في عام 1996 ، أكد Xiadong Song و Paul Richards توقعًا أن النواة الداخلية تدور بشكل أسرع قليلاً من بقية الأرض. يبدو أن القوى المغناطيسية للجيودينامو مسؤولة.

على الوقت الجيولوجيينمو اللب الداخلي مع برودة الأرض. في الجزء العلوي من النواة الخارجية ، تتجمد بلورات الحديد وتتساقط في النواة الداخلية. عند قاعدة النواة الخارجية ، يتجمد الحديد تحت الضغط مع أخذ معظم النيكل معه. الحديد السائل المتبقي أخف ويزيد. هذه الحركات الصاعدة والهابطة ، التي تتفاعل مع القوى المغنطيسية الأرضية ، تحرك اللب الخارجي بالكامل بسرعة 20 كيلومترًا في السنة أو نحو ذلك.

يحتوي كوكب عطارد أيضًا على نواة حديد كبيرة و حقل مغناطيسي، على الرغم من أنها أضعف بكثير من الأرض. يشير بحث حديث إلى أن نواة عطارد غنية بالكبريت وأن عملية تجميد مماثلة تحركها ، مع سقوط "ثلج حديدي" وارتفاع سائل غني بالكبريت.

ارتفعت الدراسات الأساسية في عام 1996 عندما قامت نماذج الكمبيوتر بواسطة غاري جلاتزماير وبول روبرتس بإعادة إنتاج سلوك الجيودينامو لأول مرة ، بما في ذلك الانتكاسات العفوية. أعطت هوليوود Glatzmaier جمهورًا غير متوقع عندما استخدمت رسومه المتحركة في فيلم الحركة النواة.

أعطانا العمل الذي تم إجراؤه مؤخرًا في مجال الضغط العالي بواسطة Raymond Jeanloz و Ho-Kwang (David) Mao وآخرين تلميحات حول حدود الوشاح الأساسي ، حيث يتفاعل الحديد السائل مع صخور السيليكات. تظهر التجارب أن المواد الأساسية والعباءة تخضع لتفاعلات كيميائية قوية. هذه هي المنطقة التي يعتقد الكثيرون فيها أن أعمدة الوشاح تنشأ ، وترتفع لتشكل أماكن مثل سلسلة جزر هاواي ، يلوستون ، أيسلندا ، وغيرها من المعالم السطحية. كلما تعلمنا أكثر عن القلب ، كلما أصبح أقرب.

ملاحظة: تنتمي المجموعة الصغيرة والمتقاربة من المتخصصين الأساسيين إلى مجموعة SEDI (دراسة عمق الأرض الداخلي) وقراءتها حوار الأرض العميقة النشرة الإخبارية. ويستخدمون المكتب الخاص لموقع Core كمستودع مركزي للبيانات الجيوفيزيائية والببليوغرافية.