النواة الغنية بالحديد في مركز كوكبنا كان جزءا حاسما من تطور الأرض. جوهر ليس فقط قوى المجال المغنطيسي الذي يحمي أجواءنا والمحيطات من الإشعاع الشمسي ، فإنه يؤثر أيضًا على تكتونية الألواح التي أعادت تشكيل القارات باستمرار.
ولكن على الرغم من أهميتها ، فإن العديد من أهم الخصائص الأساسية من القلب غير معروفة. نحن لا نعرف بالضبط مدى سخونة النواة ، وما هو مصنوع من أو عندما بدأت في التجميد. لحسن الحظ، اكتشاف حديث من قبلي وزملاؤه يجربوننا أقرب بكثير من الرد على جميع هذه الألغاز الثلاثة.
نحن نعلم أن درجة حرارة النواة الداخلية للأرض هي حوالي 5000 من كيلفن (ك) (4،727 درجة مئوية). كان مرة واحدة سائلة ، ولكنه تبريد وتصبح صلبة مع مرور الوقت ، وتوسع في الخارج في هذه العملية. أثناء تبريده ، يطلق الحرارة إلى عباءة مغطاة ، مما يؤدي إلى قيادة التيارات خلف تكتونيات الصفيحة.
هذا التبريد نفسه يولد أيضًا المجال المغناطيسي للأرض. معظم طاقة الحقل اليوم تأتي من تجميد الجزء السائل من النواة وتنمية النواة الداخلية الصلبة في مركزها.
ومع ذلك ، نظرًا لأننا لا نستطيع الوصول إلى النواة ، يتعين علينا تقدير خصائصه لفهم كيفية التبريد.
جزء رئيسي من فهم النواة هو معرفة درجة حرارة الذوبان. نحن نعلم أين الحدود بين النواة الداخلية الصلبة واللبات الخارجية السائلة هي من علم الزلازل (دراسة الزلازل). يجب أن تساوي درجة حرارة النواة درجة حرارة الانصهار في هذا الموقع ، لأن هذا هو المكان الذي يتجمد فيه. لذلك ، إذا عرفنا ما هي درجة حرارة الانصهار بالضبط ، فيمكننا معرفة المزيد عن درجة الحرارة الدقيقة للنواة – وما هو مصنوع منه.
كيمياء غامضة
تقليديًا ، لدينا طريقتان لمعرفة ما هو جوهر: النيازك وعلم الزلازل. من خلال فحص كيمياء النيازك-التي يُعتقد أنها أجزاء من الكواكب التي لم تشكل أبدًا ، أو قطع من نوى الكواكب الشبيهة بالأرض المدمرة-يمكننا الحصول على فكرة عما يمكن أن يصنعه جوهرنا.
المشكلة هي أن هذا يعطينا فكرة تقريبية فقط. يوضح لنا النيازك أن القلب يجب أن تكون مصنوعة من الحديد والنيكلوربما بضعة في المئة من السيليكون أو الكبريت ، ولكن من الصعب أن تكون أكثر تحديدًا من هذا.
علم الزلازل ، من ناحية أخرى ، هو أكثر تحديدا بكثير. عندما تنتقل الأمواج الصوتية من الزلازل عبر الكوكب ، فإنها تسرع وتتباطأ اعتمادًا على المواد التي تمر بها. بمقارنة وقت سفر هذه الأمواج ، من الزلزال إلى مقياس الزلازل ، مع مدى سرعة السفر عبر المعادن والمعادن في التجارب ، يمكننا الحصول على فكرة عن ما يصنعه الجزء الداخلي من الأرض.
اتضح أن أوقات السفر هذه تتطلب أن يكون جوهر الأرض حول 10 ٪ أقل كثافة من الحديد النقي، وأن النواة الخارجية السائلة أكثر كثافة من النواة الداخلية الصلبة. فقط بعض الكيمياء المعروفة من القلب يمكن أن تفسر هذه الخصائص.
ولكن حتى بين مجموعة صغيرة من المكونات المحتملة ، تختلف درجات حرارة الانصهار المحتملة بمئات الدرجات – مما يترك لنا شيئًا أكثر حكمة حول الخصائص الدقيقة للنواة.
قيد جديد
في بحثنا الجديد ، استخدمنا فيزياء المعادن لدراسة كيف يمكن أن يبدأ النواة أولاً في التجميد ، واكتشاف طريقة جديدة لفهم كيمياء القلب. ويبدو أن هذا النهج أكثر تحديداً من علم الزلازل والأيزاعات.
لقد وجدت الأبحاث التي تحاكي كيف تجمع الذرات في المعادن السائلة لتشكيل المواد الصلبة أن بعض السبائك تتطلب “تبريدًا فائقًا” أكثر كثافة من غيرها. التبريد الفائق عندما يكون السائل يتم تبريده تحت درجة حرارة الانصهار. كلما زادت كثافة البرودة الفائقة ، ستجتمع الذرات في كثير من الأحيان لتشكيل المواد الصلبة ، مما يجعل تجميد سائل أسرع. يمكن أن تبرد زجاجة ماء في الفريزر إلى -5 درجة مئوية لمدة ساعات قبل التجمد ، في حين تتشكل البرد في دقائق عندما يتم تبريد قطرات الماء إلى -30 درجة مئوية في السحب.
من خلال استكشاف جميع درجات حرارة الذوبان الممكنة في القلب ، نجد أن أكثر ما يمكن أن يكون عليه النواة هو حوالي 420 درجة مئوية تحت درجة حرارة الانصهار – أي أكثر من هذا وأن النواة الداخلية سيكون أكبر مما يجد علم الزلازل. لكن الحديد النقي يتطلب مستحيلًا ~ 1000 درجة مئوية من التبريد الفائق للتجميد. إذا تبريد هذا كثيرًا ، فإن النواة بأكملها قد تجمد ، على عكس ملاحظات علماء الزلازل.
إن إضافة السيليكون والكبريت ، والتي تشير إلى أن النيازك وعلم الزلازل تشير إلى أنه يمكن أن يكون موجودًا في القلب ، مما يجعل هذه المشكلة سوءًا فقط – مما يتطلب المزيد من البرودة الفائقة.
يستكشف بحثنا الجديد تأثير الكربون في القلب. إذا كانت 2.4 ٪ من كتلة النواة هي الكربون ، فستكون هناك حاجة إلى حوالي 420 درجة مئوية من البرودة الفائقة لبدء تجميد النواة الداخلية. هذه هي المرة الأولى التي يظهر فيها تجميد النواة. إذا كان محتوى الكربون في النواة 3.8 ٪ ، فلن يلزم سوى 266 درجة مئوية من البولنج الفائق. هذا لا يزال كثيرًا ، ولكنه أكثر منطقية.
يوضح هذا الاكتشاف الجديد أنه على الرغم من أن علم الزلازل يمكن أن يضيق الكيمياء المحتملة للحواف وصولاً إلى عدة مجموعات مختلفة من العناصر ، إلا أن العديد منها لا يمكن أن يفسر وجود جوهر داخلي صلب في وسط الكوكب.
لا يمكن صنع النواة فقط من الحديد والكربون لأن الخصائص الزلزالية للحواس تتطلب عنصرًا واحدًا على الأقل. يشير بحثنا إلى أنه من المرجح أن يحتوي على القليل من الأكسجين وربما السيليكون أيضًا.
هذا يمثل خطوة مهمة نحو فهم ما هو جوهره ، وكيف بدأ التجميد ، وكيف شكل كوكبنا من الداخل إلى الخارج.
تم إعادة نشر هذه المقالة المعدلة من المحادثة تحت رخصة العموم الإبداعية. اقرأ المقالة الأصلية.
ما هو داخل مسابقة الأرض: اختبر معرفتك بطبقات كوكبنا المخفية
تنويه من موقع “بتوقيت بيروت”:
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
www.livescience.com
بتاريخ: 2025-09-21 13:30:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “بتوقيت بيروت”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
ظهرت المقالة لقد بدأنا للتو في اكتشاف ماهية قلب الأرض الداخلي حقًا أولاً على بتوقيت بيروت | اخبار لبنان والعالم لحظة بلحظة 24/24 تابعونا.
