دمای هسته زمین ممکن است هزار درجه کمتر از آنچه دانشمندان فکر می‌کردند باشد

کد خبر: ۹۳۲۴۴۱
تاریخ انتشار: ۱۱ : ۱۶ – ۰۵ مرداد ۱۴۰۵
خواندنی ها >> خواندنی ها

دمای هسته زمین ممکن است تا هزار درجه کمتر از آنچه که دانشمندان پیش‌تر تصور می‌کردند، باشد. روش جدیدی که برای اندازه‌گیری آهن مذاب به کار گرفته شده، نشان می‌دهد که این دما می‌تواند به طور قابل توجهی پایین‌تر باشد و این موضوع می‌تواند به حل معمای دیرینه میدان مغناطیسی زمین کمک کند.

به گزارش انتخاب، زومیت اعلام کرد که با استفاده از روش جدید اندازه‌گیری دما در فشارهای بسیار بالا، دانشمندان به این نتیجه رسیده‌اند که دمای هسته زمین ممکن است تا هزار درجه سانتی‌گراد کمتر از برآوردهای قبلی باشد. یافته‌های جدید که در نشست گولدشمیت در ۱۷ ژوئیه ارائه شد، می‌تواند به حل معمایی که درباره دوام میدان مغناطیسی زمین در طول میلیاردها سال مطرح بوده، کمک کند. این معما به این موضوع مربوط می‌شود که چگونه میدان مغناطیسی زمین قبل از شکل‌گیری هسته داخلی جامد که امروزه به پایداری آن کمک می‌کند، دوام آورده است.

برنی وود، پتروگراف آزمایشی در دانشگاه آکسفورد، اظهار داشت: «به‌نظر می‌رسد که یک راه‌حل تازه و نسبتا ظریف برای این مسئله وجود داشته باشد». او با این حال انتظار دارد که نتایج به دست آمده مورد بحث و جدل قرار گیرد، زیرا پژوهشگرانی که سال‌ها برای شبیه‌سازی شرایط مرکز زمین تلاش کرده‌اند، معمولاً به دماهای بالاتری دست یافته‌اند.

مایکل والتر، پژوهشگر فشار بالا در مؤسسه کارنگی برای علم و سرپرست پژوهش، گفت: «دماهای ارائه شده در فرضیه ما به مراتب کمتر از نتایج دیگر پژوهش‌ها هستند. به نظر می‌رسد قانع کردن دیگران زمان‌بر باشد». هسته زمین که اندازه‌ای مشابه با سیاره مریخ دارد، عمدتاً از آهن تشکیل شده و هسته بیرونی مذاب آن، هسته داخلی جامدی به اندازه ماه را در بر می‌گیرد. میدان مغناطیسی زمین از حرکت و همرفت آهن مذاب در هسته بیرونی ایجاد می‌شود و این میدان حداقل به مدت چهار میلیارد سال وجود داشته است.

امروزه، سامانه مولد میدان مغناطیسی زمین یا «ژئودینامو» عمدتاً با انرژی حاصل از یخ‌زدن آهسته هسته داخلی تقویت می‌شود؛ فرایندی که گرما و عناصر سبک را به فلز مایع مذاب اطراف هسته داخلی آزاد می‌کند. اما برخی مدل‌ها نشان می‌دهند که هسته داخلی تنها کمی بیش از نیم میلیارد سال پیش شروع به شکل‌گیری کرده است؛ موضوعی که به «پارادوکس هسته نو» معروف است و این سوال را مطرح می‌کند که چه چیزی ژئودینامو را برای ۳٫۵ میلیارد سال قبل از پیدایش هسته داخلی فعال نگه داشته است؟

پاسخ به این سوال به شرایط اعماق سیاره بستگی دارد. از آنجایی که هسته داخلی جامد است، نباید در فشارهای بسیار بالا به اندازه‌ای داغ باشد که ذوب شود. به همین دلیل، تعیین نقطه ذوب آهن در فشارهای مشابه با هسته، یکی از بهترین برآوردها برای دمای هسته به شمار می‌رود. بسیاری از برآوردها این دما را بیش از شش هزار کلوین تخمین می‌زنند.

والتر و همکارانش بیش از پنج سال برای توسعه روش جدید وقت صرف کردند. آن‌ها نمونه‌های بسیار کوچک آهن را میان نوک سندان‌های الماسی فشردند تا به فشارهایی نزدیک به دو میلیون اتمسفر برسند؛ شرایطی که مشابه فشارهای اعماق هسته زمین است. اما برخلاف روش‌های رایج که از لیزر برای گرم کردن نمونه‌ها استفاده می‌کنند، پژوهشگران با اعمال پالس‌های الکتریکی بسیار کوتاه در مقیاس میکروثانیه، کنترل دقیق‌تری بر فرایند گرمایش به دست آوردند.

سپس به‌جای جست‌وجوی مستقیم نشانه‌های ذوب آهن، تغییر رفتار دما را بررسی کردند؛ یعنی نقطه‌ای که انرژی وارد شده دیگر صرف افزایش دما نمی‌شود و برای ذوب شدن فلز مصرف می‌شود. تیم پژوهشی دریافت که در فشار مرز هسته داخلی، آهن خالص باید در بازه ۴٬۴۲۰ تا ۵٬۲۲۰ کلوین ذوب شود؛ رقمی که بیش از هزار درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از برآوردهای قبلی است.

والتر بیان کرد که بیشتر فقدان قطعیت ناشی از برون‌یابی اندازه‌گیری‌هایی است که در فشارهای هسته بیرونی انجام شده و سپس به مرز هسته داخلی تعمیم داده شده‌اند. دمای برآورد شده پس از اصلاح اثر عناصر سبک‌تر آمیخته با هسته زمین، حتی پایین‌تر می‌آید و به برآورد مرکزی ۴٬۲۸۴ کلوین می‌رسد.

سپس پژوهشگران برآورد جدید از دمای ذوب آهن را همراه با داده‌های مربوط به رسانش گرما در فشارهای بسیار بالا، وارد مدل‌های تکامل حرارتی زمین کردند. نتایج نشان داد که سرد شدن تدریجی خود هسته می‌توانسته در بیشتر تاریخ زمین انرژی لازم برای فعال ماندن ژئودینامو را فراهم کند؛ تا زمانی که هسته داخلی کمی بیش از نیم میلیارد سال پیش شروع به انجماد کرد.

والتر گفت: این محاسبات، سناریوی ژئودینامویی را که نیروی محرک آن عمدتاً انرژی گرمایی حاصل از سرد شدن هسته است، محتمل‌تر می‌کند. دمای پایین‌تر پیامد دیگری نیز دارد: مرز میان هسته و گوشته زمین نیز ممکن است سردتر از برآوردهای قبلی باشد. در چنین شرایطی، ذوب شدن سنگ‌ها در این ناحیه دشوارتر خواهد بود و این موضوع می‌تواند برخی فرضیه‌ها درباره منشأ توده‌های عظیم و مرموزی را که در نزدیکی مرز هسته و گوشته قرار دارند، زیر سوال ببرد.

این ساختارها که به‌دلیل کاهش غیرعادی سرعت امواج لرزه‌ای در اعماق زمین شناسایی شده‌اند، گاهی به‌عنوان نواحی غنی از مواد داغ یا حتی تا حدی مذاب تفسیر شده‌اند. والتر اظهار داشت که این یافته‌ها می‌تواند درک دانشمندان از یکی از ناشناخته‌ترین بخش‌های درون زمین را تغییر دهد.

داریو آلفه، فیزیک‌دان کانی‌شناسی در کالج دانشگاهی لندن که پژوهش‌هایش به تثبیت برآوردهای بالاتر دمای هسته کمک کرده، می‌گوید اندازه‌گیری‌های جدید نوعی «بازگشت به گذشته» به‌شمار می‌آیند و بحثی را زنده می‌کنند که بسیاری از پژوهشگران تصور می‌کردند تا حد زیادی بسته شده است. با این حال، او هنوز قانع نشده است. آلفه می‌گوید: «تشخیص این‌که فرضیه درست باشد یا نه، دشوار است و قطعا بدون بررسی دقیق روش‌ها نمی‌توان نظر داد. صادقانه بگویم، آن‌قدر از عمر حرفه‌ای‌ام را روی این موضوع گذاشته‌ام که دلم نمی‌خواهد این بحث را دوباره باز کنم.»