يومنا لن يكون 24 ساعة: ما معنى انعكاس دوران نواة كوكب الارض؟
مروة الاسدي
2023-01-29 05:24
تعد النواة الداخلية للكرة الأرضية أعمق طبقة من طبقات الأرض، ويمكن الإشارة إليها على أنها لب الأرض، وهي طبقة صلبة، حيث أشارت دراسات علم الزلازل إلى أنها صلبة ذات شكل كروي إلا أن دراسة جديدة قد تنسف كل ما سبق.
على صعيد مفاجئ، أكدت دراسة حديثة أن اللب الداخلي لكوكب الأرض ربما توقف عن الدوران خلال العقد الماضي، وقد يكون دورانه في طور الانعكاس في الوقت الحالي. يشير العلماء في دراستهم إلى تأثيرات ناجمة عن الأمر لكنها لا تمثل خطراً شديداً.
ونواة الأرض هي كرة مشتعلة بحجم بلوتو يمكنها التحرك بحرية داخل غلاف سائل يشكل النواة الخارجية، ويتألف هذا الكوكب الموجود داخل كوكب الأرض من الحديد بصورة رئيسية، ويقع على عمق 5 آلاف كيلومتر تحت سطح الأرض، وتشكل العملية الدقيقة لدوران النواة محل نقاش، لأن المعلومات المحدودة المتوافرة تستند إلى تحاليل دقيقة للموجات الزلزالية الناجمة عن الزلازل الأرضية عندما تمر عبر مركز الكوكب.
كشفت الموجات الزلزالية التي تمر عبر طبقات الأرض المختلفة أن اللب الداخلي لكوكبنا ربما توقف عن الدوران خلال العقد الماضي، وقد يكون دورانه في طور الانعكاس في الوقت الحالي، وبحسب دراسة حديثة فإنه يبدو أن اللب الداخلي الصلب لكوكب الأرض يدور بمعدل أبطأ من معدل دورات الكوكب نفسه، لكن العلماء أكدوا أن الأمر لا يثير القلق وأن هذه الواقعة حدثت عدة مرات تغيرت فيها سرعة واتجاه لب الأرض على مدى سنوات طويلة.
وتشير دراسة نُشرت هذا الأسبوع في مجلة Nature Geoscience، فحصت عدة عقود من البيانات بحثًا عن أنماط في دوران النواة الداخلية للأرض، أن اللب الداخلي توقف عن الدوران - مقارنة بحركة المواد السائلة داخل طبقة الوشاح الأرضي- بين عامي 2009 و2020، ومنذ عام 2020، يبدو الآن أن لب الأرض أصبح يدور للخلف. يذكر أنه تم اكتشاف توقف لب الأرض عن الدوران في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات.
ويقول الباحثان يي يانغ وشياودونغ سونغ ، من مختبر SinoProbe في جامعة بكين إن البيانات من عام 1964 إلى 2021 تشير إلى العثور على زلازل متكررة قوية بما يكفي لإنتاج موجات زلزالية يمكن أن تخترق النواة الداخلية وأنه بدراسة طبيعة تلك الموجات على مدى سنوات اتضح من الرسوم البيانية للزلازل وجود انعكاس شبه كامل للموجات الزلزالية، وبالتالي وأنه كلما زاد الدوران الفائق للنواة، كلما كان طول اليوم أقصر والعكس صحيح أيضاً.
وتوقعت الدراسة أن تبدأ دورة الدوران العكسية للب الأرض من الشرق إلى الغرب في حوالي عام 2040، وكان سونغ من أوائل العلماء الذين اقترحوا أن اللب الداخلي للأرض يدور أسرع من قشرته، وفقًا لصحيفة واشنطن بوست. وقال سونغ في تصريحات صحفية إن "اللب الداخلي هو أعمق طبقة من الأرض، ودورانها النسبي هو أحد أكثر المشكلات إثارة للاهتمام وتحديًا في علم أعماق الأرض".
وقال الباحثون إن دورة نواة الأرض مرتبطة بالتغيرات في طول اليوم - والتي أصبحت بشكل غامض أطول وأقصر عند حسابها بدقة شديدة تصل إلى ميكروثانية - إضافة الى ارتباطها بتغير المجال المغناطيسي للكوكب.
وفقًا ليانغ وسونغ، فإن الاختلافات في طول اليوم والمجال المغناطيسي الأرضي تتبع نمطًا يمتد من ستة إلى سبعة عقود تقريبًا. لكن العلماء أشاروا إلى أن سجل البيانات الكامل لا يغطي سوى فترة 56 عامًا فقط، ومن المعروف أنه يوجد في مركز كوكب الأرض كتلة صلبة من النيكل والحديد، سحقتها الجاذبية داخل كرة يبلغ عرضها حوالي 2400 كيلومتر. وهذه النواة الصلبة التي اكتشفت من خلال دراسة موجات الزلازل عام 1936 محاطة بطبقة خارجية من الحديد السائل والنيكل تولد المجال المغناطيسي الأرضي، ويليها طبقات وشاح الأرض وأخيراً القشرة الأرضية:
ويعتقد العلماء أن اللب الداخلي الذي يقع تحت طبقة الحديد المصهور والنيكل الداخلي للكوكب والعلاقة المتأرجحة بين الاثنين تولد تيارات تحافظ على المجال المغناطيسي للأرض، وليس هذا هو البحث الأول الذي يُظهر هذا النوع من التذبذب لدوران نواة الأرض. ففي عام 1996، أظهرت ورقة كتبها سونغ وبول ريتشاردز وجود أول دليل ملموس تم رصده على أن نواة الأرض يمكن أن تدور بمعدل مختلف عن بقية الكوكب. وعلى الرغم من أن البحث أثار بعض الجدل في ذلك الوقت، فقد استمر العالمان في تأكيد هذا الاكتشاف بشكل مستقل في السنوات التالية.
هل توقفت نواة الأرض عن الحركة وبدأت في تغيير اتجاهها؟
رأت دراسة نُشرت في مجلة "نيتشر جيوساينس" أن نواة الأرض -وهي كرة مشتعلة بحجم بلوتو يمكنها التحرك بحرية داخل غلاف سائل يشكل النواة الخارجية وتتألف من الحديد بصورة رئيسية- ربما توقفت عن الدوران وربما بدأت تتحرك في الاتجاه المعاكس. وقال الباحثان شياو دونغ سونغ ويي يانغ من جامعة بكين "نعتقد أن النواة المركزية تدور كل مرة في اتجاه بالنسبة إلى سطح الأرض، على غرار حركة الأرجوحة".
أفادت دراسة نشرتها مجلة "نيتشر جيوساينس" أن نواة الأرض، قد تكون توقفت عن الدوران وربما بدأت تتحرك في الاتجاه المعاكس، في استنتاج سيصعد الجدل القائم بين الاختصاصيين حول هذه المسألة. ونواة الأرض هي كرة مشتعلة بحجم بلوتو يمكنها التحرك بحرية داخل غلاف سائل يشكل النواة الخارجية.
ويتألف هذا "الكوكب الموجود داخل كوكب الأرض" من الحديد بصورة رئيسية، ويقع على عمق 5 آلاف كيلومتر تحت سطح الأرض، وتشكل العملية الدقيقة لدوران النواة محل نقاش، لأن المعلومات المحدودة المتوافرة تستند إلى تحاليل دقيقة للموجات الزلزالية الناجمة عن الزلازل الأرضية عندما تمر عبر مركز الكوكب.
وبعدما حلل الباحثان شياو دونغ سونغ ويي يانغ من جامعة بكين، بيانات الموجات الزلزالية للسنوات الستين الأخيرة، توصلا إلى أن دوران النواة "أصبح شبه متوقف في العام 2009 قبل أن يستأنف التحرك في الاتجاه الآخر"، وقال المتخصصان لوكالة الأنباء الفرنسية "نعتقد أن النواة المركزية تدور كل مرة في اتجاه بالنسبة إلى سطح الأرض، على غرار حركة الأرجوحة"، وأشارا إلى أن "الدورة الكاملة (في الاتجاهين) للنواة المركزية تستغرق نحو سبعين عاما". ويعود آخر تغيير في الدوران قبل الذي حدث عام 2009 إلى مطلع سبعينيات القرن العشرين، فيما سيُسجّل التغيير التالي في منتصف أربعينيات القرن الحالي، وتستكمل بذلك دورة النواة، بحسب الباحثَيْن الصينيَيْن.
ويشير العالمان إلى أن هذا الدوران يتوقف بصورة أو بأخرى على التغيرات في طول اليوم التي هي عبارة عن اختلافات بسيطة في الوقت الدقيق الذي تحتاجه الأرض للدوران حول محورها، ولا يتوافر حتى اليوم سوى القليل من المؤشرات على تأثير هذا الدوران على ما يحدث على سطح الأرض. إلا أن الباحثين يظهران اقتناعا بوجود روابط مادية حقيقية بين كل الطبقات التي تتكون منها الأرض. ويقولان "نأمل في أن تحفز دراستنا باحثين آخرين على تصميم واختبار نماذج تتناول الأرض كنظام ديناميكي متكامل".
وحظيت الدراسة باهتمام خبراء مستقلين الذين أبدوا من جهة اخرى تحفظاً معينا عليها، وقال خبير الزلازل في جامعة "ساوث كاليفورنيا" جون فيدال لوكالة الأنباء الفرنسية إنها "دراسة دقيقة جدا وأعدّها عالمان ممتازان استندا إلى كمية كبيرة من البيانات"، لكنه اعتبر أن "أيا من النماذج الموجودة يفسّر بصورة جيدة كل البيانات المُتاحة".
وكان جون فيدال نشر في العام الفائت دراسة ذكرت أن النواة الداخلية تتأرجح بشكل سريع مع تغيّر في اتجاه دورانها كل ست سنوات تقريبا، استنادا إلى البيانات الزلزالية لانفجارين نوويين يعود تاريخهما إلى أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات، وتشكل هذه النتيجة نقطة تحوّل قريبة من تلك التي أشارت إليها دراسة الباحثين الصينيين، وهو ما رأى عالم الزلازل الأمريكي أنه ينطوي على "مصادفة".
وأشارت نظرية أخرى اعتبر فيدال أنها ترتكز على معطيات قوية، إلى أن النواة الداخلية لم تتحرك بصورة كبيرة سوى بين عامي 2001 و2013، قبل أن تشهد استقرارا مذّاك، ولفت عالم الجيوفيزياء في الجامعة الوطنية الأسترالية هرويت كالتشيش إلى أن دوران النواة الداخلية يستغرق بين 20 و30 عاما، لا 70 عاما كما ذكرت دراسة العالمين الصينيين، ورأى أن "هذه النماذج الحسابية كلها هي على الأرجح غير صحيحة"، لأنها حتى لو تفسر البيانات المتوافرة، قد تشكل هذه البيانات أجوبة لنماذج أخرى لم تتم دراساتها بعد، ويشير إلى أن المجتمع الجيوفيزيائي لديه الأسباب كلها "ليكون منقسما في شأن هذا الاكتشاف ولتبقى المسألة موضع جدل"، ويشبه كالتشيش علماء الزلازل بالأطباء "الذين يفحصون الأعضاء الداخلية للمريض بأجهزة غير كاملة أو محدودة". فالأمر مشابه لمحاولة فهم آلية عمل الكبد من خلال الموجات فوق الصوتية فقط، ويعتبر أن "مفهومنا لباطن الأرض سيبقى غامضا" من دون أداة مماثلة للماسح الضوئي، متوقعا مزيدا من المفاجآت في هذا المجال، كالنظرية القائلة بأن النواة الداخلية تخفي بداخلها كرة من الحديد أصغر حجما منها، على غرار دمى ماتريوشكا الروسية.
نواة كوكب الأرض تنمو بشكل منحرف ولم يستطع العلماء تفسير ذلك
اكتشف عدد من العلماء أن نواة كوكب الأرض تنمو بشكل غير متوازن، لكنهم لم يكتشفوا بعد السبب في ذلك، إذ وجد متخصصون في علم الزلازل في "جامعة كاليفورنيا في بيركلي" أن النواة الصلبة المكوّنة من حديد في مركز كوكب الأرض، تنمو بوتيرة أسرع تحت "بحر باندا" في إندونيسيا.
ويتأتى النمو على جانب واحد من تلك النواة المعدنية المنصهرة نتيجة بلّورات حديدية تتشكل حينما يبرد الحديد المنصهر. في المقابل، ثمة شيء ما في الغلاف المحيط بتلك النواة الحارة تحت ذلك البلد الواقع في جنوب شرقي آسيا (إندونيسيا) يعمل على طرد الحرارة بمعدل أسرع مما يحصل في الجانب الآخر من الأرض، أي تحت البرازيل. هكذا، كلما حدث التبريد بوتيرة أسرع، ازدادت بدورها سرعة تحوّل الحديد المنصهر إلى بلّورات معدنية صلبة، ومن ثم يتسارع نمو تلك الكتلة المعدنية.
واستطراداً، يؤدي هذا التباين في النمو إلى تداعيات بارزة على المجال المغناطيسي للأرض، علماً أن تيارات الحمل الحراري في النواة حيث يتولد ذلك الحقل المغناطيسي، تضطلع بحمايتنا من جسيمات شمسية خطيرة.
ومن جهة، تتكوّن نواة كوكب الأرض من لبّ صلب من الحديد، غير أنها محاطة بنواة خارجية منصهرة، يليها غلاف من الصخور الساخنة. في الغلاف والنواة الخارجية، تتحرك الحرارة المنبعثة من الحديد المتبلور والصخور الأكثر سخونة في الغلاف، إلى الأعلى باتجاه السطح، دافعة المواد الباردة إلى الأسفل. ويتولد المجال المغناطيسي عن تلك الحركة.
ووفق باربرا رومانوفيتش، البروفيسورة في كلية الدراسات العليا في قسم علوم الأرض والكواكب في "جامعة كاليفورنيا في بيركلي" والمديرة الفخرية لـ"مختبر بيركلي لرصد الزلازل" (BSL)، "نقدّم حدوداً فضفاضة إلى حد ما بشأن عمر النواة الداخلية للأرض (يتراوح بين نصف مليار و1.5 مليار سنة). وفي مقدور ذلك أن يسهم في النقاش بشأن كيفية تشكّل المجال المغناطيسي قبل وجود اللب الداخلي الصلب".
وكذلك قدّمت البروفيسورة رومانوفيتش شرحاً مفاده "نحن على علم بأن الحقل المغناطيسي للأرض موجود فعلاً منذ ثلاثة مليارات عام، لذا لا بد من أن الحمل الحراري في اللب الخارجي كان يجري مدفوعاً بعمليات أخرى آنذاك".
واستطراداً، يكشف العمر الصغير نسبياً للنواة الداخلية للأرض عن أنه في تاريخ كوكبنا، تتأتى الحرارة التي تحافظ على الحديد منصهراً من عناصر خفيفة تنفصل عن هذا المعدن، وليس من عملية تبلوره (بعد برودته). في المقابل، يبقى السؤال المعقد، "إذا كانت النواة الداخلية موجودة منذ مجرد 1.5 مليار سنة، فمن أين أتى المجال المغناطيسي الأقدم؟"، وفق دانيال فروست، العالم المساعد في "مختبر بيركلي لرصد الزلازل". ويضيف، "من هنا، انبثقت فكرة العناصر الخفيفة الذائبة التي تتجمد لاحقاً".
وتُعتبر الصفائح التكتونية الضخمة (وهي كتل ضخمة من الصخور التي تحيط بنواة الأرض ومكوناتها) أحد التفسيرات المحتملة بشأن نشوء الحقل المغناطيسي للأرض، إذ تعمل تلك الصفائح الباردة نسبياً على خفض حرارة الغلاف المحيط بنواة الأرض عندما تنغمس في ما يُعرف بـ"مناطق الاندساس" subduction zones، ولكن ليس معروفاً بشكل مؤكد ما إذا كان تبريد الغلاف يترك تأثيره في النواة الداخلية نفسها.
وعلى الرغم من ذلك، يحمل النمو غير المتماثل لنواة كوكب الأرض الإجابة عن لغز يبحث العلماء عن إيجاد تفسير له منذ 30 عاماً، ألا وهو، لماذا تبدو النواة المكونة من بلّورات الحديد متراكمة باتجاه محور دوران الأرض في الغرب، أكثر منها باتجاه الشرق؟، إذ تنتقل الموجات الزلزالية بشكل أسرع على طول محور الاتجاه بين الشمال والجنوب (بالتوازي مع محور دوران الأرض) بالمقارنة مع خط الاستواء (الذي يعتبر محور اتجاه من الشرق إلى الغرب)، بسبب عدم تناسق بلّورات الحديد. بالتالي، يقدّم هذا التباين في نمو نواة الأرض تفسيراً محتملاً لتلك الظاهرة.
وأضاف فروست، "لقد بدا النموذج المُبسَّط غير عادي بعض الشيء، بمعنى أنه يكتفي بالاعتماد على كون النواة الداخلية للأرض غير متماثلة. ويبدو الجانب الغربي مختلفاً عن نظيره الشرقي على طول المسار نحو المركز، ولا يقتصر ذلك على الجزء العلوي من النواة الداخلية، خلافاً لما يعتقده بعض العلماء. وتكمن الطريقة الوحيدة لتفسير ذلك في أن أحد الجانبين ينمو بصورة أسرع من الآخر".
مع نمو بلّورات الحديد، تعيد الجاذبية توزيع النمو الزائد في الشرق باتجاه الغرب داخل النواة الداخلية للأرض. ووفق نموذج افتراضي حاسوبي أعده العلماء، فإن تلك الحركة التي تحدث داخل المادة الصلبة اللينة للنواة الداخلية، تذهب باتجاه تجمّع البلّورات المعدنية (في الطرف الأكثر برودة). في الشرق، ينمو اللب بـ60 في المئة أكثر من الغرب، ما يفسر الاختلافات في سرعة الموجات الزلزالية التي تؤدي إلى زلازل وانفجارات بركانية وظواهر أخرى.
نواة الأرض ليست صلبة بالكامل!
زعمت دراسة جديدة أن النواة الداخلية للأرض تتمتع بمجموعة من الهياكل السائلة واللينة والصلبة التي تختلف عبر 150 ميلاً من الكتلة، وفقاً لمؤلف الدراسة ريت بتلر، العالم الجيوفيزيائي في جامعة هاواي.
وأوضح بتلر أن "علم الزلازل، الذي يدرس الزلازل في القشرة والوشاح العلوي، والذي تمت ملاحظته بواسطة المراصد الزلزالية على سطح الأرض، يوفر الطريقة المباشرة الوحيدة لفحص اللب الداخلي وعملياته"، وفق موقع Phys.org العلمي.
وعندما تتحرك الموجات الزلزالية عبر طبقات مختلفة من الأرض، تتغير سرعتها وقد تنعكس أو تنكسر اعتمادا على المعادن ودرجة حرارة وكثافة تلك الطبقة، إلى ذلك، ولفهم ميزات اللب الداخلي للأرض بشكل أفضل، استخدم بتلر وشريكه في الدراسة سيجي تسوبوي، وهو عالم أبحاث في الوكالة اليابانية لعلوم وتكنولوجيا الأرض البحرية، بيانات من مقاييس الزلازل المقابلة مباشرة للموقع الذي نشأ فيه الزلزال.
واستخدموا الكمبيوتر الفائق الياباني Earth Simulator لتقييم خمسة ثنائيات لتغطية المنطقة الأساسية الداخلية على نطاق واسع من تونغا والجزائر، إندونيسيا والبرازيل، وثلاثة مناطق بين تشيلي والصين.
في موازاة ذلك، كشفت النماذج العلمية إلى وجود مناطق متجاورة من سبائك الحديد الصلبة واللينة والسائلة أو الطرية في أعلى 150 ميلاً من اللب الداخلي، وأوضح بتلر أن "هذا يضع قيودا جديدة على التكوين والتاريخ الحراري وتطور الأرض".
كذلك، أشار الباحثون إلى أن هذا الاكتشاف للبنية المتنوعة للنواة الداخلية يمكن أن يقدم معلومات جديدة مهمة حول الديناميكيات على الحدود بين اللب الداخلي والخارجي، والتي تؤثر على المجال المغناطيسي للأرض، وقال مؤلف الدراسة إن "معرفة حالة الحدود هذه من علم الزلازل قد تتيح نماذج لتنبؤات أفضل للحقل المغناطيسي الأرضي الذي يحمي ويحمي الحياة على كوكبنا".
ماذا لو بردت نواة الارض؟
نُواة الأرض مكانٌ بالغ السخونة، وبالتأكيد لن تشعر بهذا الأمر وأنت على سطح الكوكب، لكن عميقاً تحت السطح تُوجد هذه النواة المشتعلة التي تتكوّن من المعدن بشكل كلّي تقريباً. أما النواة الخارجية للأرض فتتكوّن من خليطٍ من الحديد والنيكل الذي يلعب دور الحاجز بين النواة الداخلية للأرض وطبقة الدثار أو القشرة، وهي طبقة من المواد المصهورة المعروفة باسم الماغما Magma والصخور الذائبة.
النواة الداخلية للأرض عبارة عن كرةٍ صلبةٍ غنيّة بالحديد، يبلغ سُمكها حوالي 750 ميلاً (1,207 كيلومتر)، وهي المكان الأكثر سخونة في الكوكب حيث تصل درجة حرارتها إلى حوالي 11 ألف درجة فهرنهايت (أي ما يُعادل 6,093 درجة سيليسيوس). (المصادر: ناشونال جيوغرافيك، شولتز).
ومع الكلام الكثير المُتداول حالياً حول الآثار المُدمّرة للاحتباس الحراري، ربما يعتقد بعض الناس أنه إن بردت حرارة نواة الأرض بعض الشيء فإنها ستُساهم في تخفيف حدة الحرارة على السطح، لكن الحقيقة غير ذلك، فنواة الأرض لا يجب أن تبرد أبداً، بل يجب أن تظلّ ساخنة جداً كي تتمكّن من الاستمرار في حماية الأرض من الآثار المُدمرة والمحتملة التي قد تتسبّب بها الرياح الشمسية والحُطام المُتواجد في الفضاء.
في الواقع، درجة حرارة نواة الأرض مساوية تماماً لدرجة حرارة سطح الشمس، وهي كذلك منذ أن تشكّلت الأرض من غيمة الغبار والغاز قبل حوالي 4.5 مليار سنة. عملت جاذبية الأرض أثناء تشكّلها على دفع الحديد وغيره من العناصر الثقيلة باتجاه نواة الأرض والاستقرار فيها، بينما صعدت المواد الأخف كالهواء والماء باتجاه القشرة، أما المواد الموجودة في المنتصف فتُعتبر ثقيلةً للغاية، لدرجة أن قوة الجاذبية في النواة الخارجية أكبر بثلاثِ مراتٍ مما هي عليه عند السطح، لكنها مازالت تحتوي على بعض السخونة الأصلية التي كانت قد تولّدت بفعل الاحتكاك الثقالي الناتج عن حركة المواد الأثقل بالقُرب من المركز.
من ناحية أخرى، مازالت تنمو النواة الداخلية للأرض بمعدّل سنتيمتر واحدٍ كل ألف عام، مُكتسبةً المزيد من الحرارة مع تمدّدها، كما تعمل النظائر المشعة المُتحلّلة على إضافة بعض الحرارة إلى المزيج أثناء إشعاعها عبر طبقة الدثار.
لكن إذا بردت النواة بشكل كامل، فسيُصبح الكوكب بارداً وميتاً ومُظلماً بعض الشيء، والسبب في ذلك أن مرافق توليد الطاقة التي صنعها البشر، تقوم بسحب الحرارة القادمة من قشرة الأرض وتستخدمها لتسخين الماء، والبخار الناتج عن هذه العملية هو المصدر المستخدم لتحريك العنفات وبالتالي إنتاج الكهرباء.
كذلك يُمكن أن يؤدي الهبوط في حرارة نواة الأرض إلى تبدّد الدرع المغناطيسي المُغلّف للكوكب والذي هو في الأصل ناتجٌ عن حرارة النواة. يحمي هذا الدرع الأرض من الإشعاعات الكونية، ويتم توليده من خلال عملية الحمل الحراري الناتجة بدورها عن الحركة المستمرة للحديد داخل الأرض، وكما هو الحال بالنسبة للكوكب، فإن نواة الأرض أيضاً تدور حول نفسها بشكلٍ ثابت، ويعتقد بعض العلماء أن النواة تدور بسرعةٍ أكبر من باقي أجزاء الكوكب.
من جهة أخرى، يعمل الاحتكاك الناتج عن هذه الحركة على تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية ومغناطيسية تُؤدي بدورها إلى إنتاج الحقل المغناطيسي للأرض، الذي يقوم بإبعاد الجزيئات الضارة والمشحونة القادمة من الشمس، بإتجاه القطبين الشمالي والجنوبي للأرض. لكن إلى الآن ليست هناك فكرة واضحة عن حجم التغيير الذي سيطرأ على الحياة على كوكب الأرض عند اختفاء المجال المغناطيسي للكوكب.
ويقول البعض أن الكوكب قد يتعرّض لدفقاتٍ هائلةٍ من الموجات المُشعّة التي ربما ستزيد من حرارة الكوكب وتجعله غير صالحٍ للحياة، بينما يُشير البعض الآخر إلى احتمال أن تتنامى شدة الأشعة الشمسية التي يُعتَقد أنها تُسبب السرطان، من جهة أخرى يقول المزيد من المراقبين أننا ربما نشهد رياحاً شمسية عاتية تُشبه في قوتها تلك التي جرّدت سطح كوكبي المريخ والزُهرة من محيطاتهما وبحيراتهما، لذا من الأفضل لنا أن لا نعرف ما سيحدث للأرض في حال اختفى مجالها المغناطيسي.
أصغر مما نعتقد.. علماء يرجحون عمرا جديدا لنواة كوكب الأرض
أعلن علماء جيولوجيا، مؤخرا، تقديرات جديدة بشأن العمر المحتمل لنواة كوكب الأرض الداخلية، ورجحوا أن يكون أقل مما كنا نعتقده في وقت سابق، وأجرى الباحثون دراستهم داخل المختبر، من خلال نظام محاكاة متقدم، من أجل معرفة العمر التقريبي لنواة كوكب الأرض الداخلية، على نحو أكثر دقة، وبحسب ما نقلت صحيفة "إندبندنت"، فإن الباحثين يرجحون أن يكون عمر نواة الكوكب ما بين مليار و1.3 مليار سنة، وهذا التقدير الجديد أقل عمرا بكثير من الأرقام التي كانت متداولة في وقت سابق، وكانت تتحدث عن عمر ما بين 1.3 إلى 4.5 مليار سنة، لكن هذه الدراسة الجديدة تزيدُ أيضا على دراسة حديثة كانت قد رجحت أن يكون عمر نواة كوكب الأرض في حدود 565 سنة فقط.
ويقول الخبراء إن تقدير هذه الأرقام مهم جدا، لأنه ليس مجرد فضول، بل يساعد على فهم ما يقع داخل الأرض وكيف يؤثر الأمر على الحرارة وما يعرف بـ"المولد الأرضي" أو الآلية التي تبقي على المجال المغناطيسي للأرض في مكانه وتضمن حمايتنا من أشعة الشمس المضرة، وقال الباحث في علوم الأرض بجامعة تكساس، جونغ فو لين، إن الناس شغوفون لمعرفة أصل المولد الأرضي وقوة المجال المغناطيسي للأرض.
وأوضح الأكاديمي المشرف على الدراسة، أن مرد هذا الاهتمام هو تأثير تلك الأمور، أي المولد الأرضي والمجال المغناطيسي، على إمكانية الحياة فوق كوكب الأرض أي قابلية الأرض لأن تكون مأهولة، وتتكون النواة الداخلية لكوكب الأرض من طبقة حديد صلب إلى جانب طبقة خارجية من حديد سائل أو الصهارة، وحاول الباحثون أن يرصدوا الطريقة التي يعمل بها الحديد على تحويل الحرارة من أجل الحصول على معلومات بشأن النواة، من قبيل العمر التقريبي لهذا الجزء "الغامض" من الأرض.
مما تتكون النواة؟
لطالما اعتقد العلماء أن نواة الأرض صلبة، لكن الآن لديهم بعض الأدلة القوية. اعتُقد أن النواة مكونة من جزأين. وفقًا للنظريات، تكون النواة الداخلية من الحديد الصلب، ويحيط بها نواة منصهرة. حول النواة يوجد الغطاء ، وبالقرب من سطح الكوكب توجد قشرة رقيقة -الجزء الذي يتكسر بين حين وآخر مشكلًا الزلازل.
اكتُشفَت النواة عام 1936 عن طريق مراقبة التصدعات الداخلية للزلازل، والتي ترسل موجات زلزالية تنتشر عبر الكوكب. تنحني هذه الأمواج -التي تشبه لحد ما الأمواج الصوتية- عندما تخترق طبقات مختلفة الكثافة، تمامًا كما ينحني الضوء عندما يخترق الماء. ويمكن استنتاج الكثير عن داخل الأرض بمراقبة الوقت الذي تستغرقه الموجة للانتشار.
بالرغم من ذلك -ولأكثر من 60 عامًا- بقيت صلابة النواة موضع النظريات. تضمنت دراسة أُعلن عنها اليوم محتوى معقدًا لمراقبة الموجات الزلزالية التي تخترق الكوكب. التقنية ليست جديدة، لكن هذه هي المرة الأولى التي تُستخدَم فيها بشكل فعال لاستطلاع قلب عالمنا.
أولًا، بعض المصطلحات:
P ما يطلقه العلماء على الموجة.
K تعبر عن النواة الخارجية.
J هي النواة الداخلية.
مكونات نواة الأرض مم تتكون النواة الغطاء الوشاح القشرة الأرضية النواة الخارجية لب الأرض القشرة السطحية للأرض الحقل المغناطيسي للأرض
إذًا، الموجة التي تعبر المجال كاملًا تدعى PKJKP.
يرسل الزلزال موجات زلزالية في جميع الاتجاهات. تكون الموجات السطحية واضحةً بشكل مخيف في بعض الأحيان. تُدرَس الموجات الزلزالية -التي تعبر خلال الغطاء وتجتاز معظم أجزاء الكوكب- بشكل روتيني عندما تصل لقارة أخرى. لكن لم تُضبط فعليًا أية موجة من النوع PKJKP حتى الآن.
قام (ايمين تساو- Aimin Cao) وزملاؤه من جامعة (كاليفورنيا- بيركلي- California -Berkeley) بأرشفة بيانات حوالي 20 زلزالًا، رُصدَت جميعها عن طريق نظام ألماني لكشف الزلازل في الثمانينيات والتسعينيات.
تكمن الحيلة في رصد موجة PKJKP في ملاحظة التغيرات التي تمر بها بينما تموج من جانب الكوكب إلى الجانب الآخر. الموجة التي تبدأ مضغوطةً تتغير إلى ما يسميه العلماء بموجة القص.
قال تساو لصحيفة (لايف ساينس- LiveScience) : «تجتاز موجة PKJKP النواة الداخلية كموجة قص، وهذا يشكل دليلًا مباشرًا على ن النواة الداخلية صلبة، لأنه يمكن لموجة القص الوجود فقط في المواد الصلبة. أما في المواد السائلة -مثل الماء- يمكن فقط للموجة المضغوطة أن تعبر».
يتوافق وقت الوصول وتباطؤ الموجات مع التوقعات النظرية لموجات PKJKP، ما يدل أن النواة صلبة. نشرت صحيفة (ساينس- Science) هذه النتائج على الإنترنت.
يبلغ نصف قطر الأرض حوالي 4000 ميل (6400 كم). طبقاتها الداخلية الرئيسية بترتيب تنازلي هي: القشرة والغطاء والنواة.
يبلغ متوسط سماكة القشرة حوالي 18 ميلًا (30 كم) تحت القارات، لكن يصل إلى حوالي 3 أميال (5 كم) فقط تحت المحيطات، وتكون خفيفةً وهشةً وقابلةً للكسر. في الواقع إنها مجزأة لأكثر من 12 صفيحةً رئيسيةً والعديد من الصفائح الصغيرة؛ وهنا تنشأ معظم الزلازل.
الغطاء أكثر مرونةً؛ فهو يطفو بدلًا من التشقق. يمتد إلى حوالي 1800 ميل (2900 كم) تحت الطبقة السطحية. تتكون النواة من نواة داخلية صلبة ونواة خارجية سائلة. تحتوي النواة السائلة على الحديد، الذي يولد بحركته المجال المغناطيسي للأرض. تشكل القشرة والغطاء العلوي القشرة الأرضية اليابسة، التي تنقسم لعدة صفائح تطفو أعلى الغطاء المنصهر الساخن.
اكتشف العلماء الآن أن نواة الأرض الداخلية تذوب. قال العلماء: هذا الذوبان يمكن ربطه بالنشاط على القشرة السطحية للأرض، وأضافوا: هذا الاكتشاف يساعد في توضيح كيفية توليد النواة للحقل المغناطيسي للكوكب.
النواة الداخلية للأرض عبارة عن كرة من الحديد الصلب بعرض حوالي 1500 ميل (2400 كم)، بنفس حجم القمر تقريبًا. تُحاط هذه الكرة بالنواة الخارجية المكونة بمعظمها من مزيج من الحديد والنيكل السائلين، محاطة بطبقة غطاء لزج، وفوقه قشرة صلبة تشكل الطبقة السطحية للكوكب.
بينما تبرد الأرض من الداخل للخارج؛ تتجمد النواة الخارجية ببطء، ما يدفع النواة الداخلية الصلبة إلى النمو بمعدل 1 مم تقريبًا في السنة. مع ذلك، اكتشف العلماء الآن أن النواة الداخلية قد تذوب في نفس الوقت.
قال العالم (سباستيان روست- Sebastian Rost)، عالم زلازل في جامعة (ليدس- Leeds) في إنجلترا: «من وجهة النظر النموذجية، إن النواة الداخلية تتجمد كليًا وتنمو للخارج تدريجيًا، لكن يبدو أن هنالك بعض المناطق التي تذوب في النواة». ويضيف: «إن التدفق الصافي للحرارة من النواة إلى الغطاء يؤكد أن هناك تجمدًا كليًا لمواد النواة الخارجية ويزداد مع مرور الوقت، لكن هذا لا يعني أنها عملية منتظمة».
بينما يبرد داخل الأرض، تنطلق مادة ساخنة وباردة نسبيًا ضمن داخل الكوكب، وهي عملية تعرف باسم الانتقال الحراري. إن اختلاط المواد في النواة الذي يترافق مع دوران الأرض هو ما يولد الحقل المغناطيسي للأرض.
وجد العلماء -باستخدام نماذج حاسوبية للانتقال الحراري في النواة الخارجية بالتزامن مع بيانات علم الزلازل- أن تدفق الحرارة على حدود النواة والغطاء يعتمد على الغطاء المحيط. في بعض الأحيان، تكون طبيعة الغطاء كافيةً لإعادة توجيه الحرارة من الغطاء باتجاه النواة، ما يؤدي لذوبان بعض المناطق.
قال العالم (جون موند- Jon Mound) لصحيفة (OurAmazingPlanet)، وهو عالم جيوفيزيائي في جامعة ليدس: «إن جزءًا صغيرًا فقط من سطح النواة الداخلية قد يذوب في أي وقت». ويضيف: «مع ذلك، بالنسبة لحجم النواة الداخلية، حتى لو كان 1% من سطحها يذوب -وهو أمر ممكن حاليًا- فهذا يمثل أقل من 200000 كم مربع (77000 ميل مربع)».
على سبيل المثال، بالنسبة للمناطق الكبيرة تحت إفريقيا والمحيط الهادئ -حيث يكون الغطاء الأدنى أكثر حرارةً من معدلاته- فإن النواة الخارجية تحت هذه المناطق يمكن أن تسخن كفايةً لبدء إذابة النواة الداخلية. بالمقابل، تحت المناطق النشطة زلزاليًا حول ما يسمى “حلقة النار” -وهي منطقة تحيط بالمحيط الهادئ نشطة بركانيًا وزلزاليًا- فإن البقايا الباردة من الصفائح المحيطية تُمتَص إلى أسفل الغطاء، وتسحب الكثير من الحرارة من النواة؛ ما يساعدها على التجمد.
قال العالم موند: «هذه النتائج تشير إلى أن حركات نواة الأرض بأكملها مرتبطة بنفس الطريقة بتشكل الصفائح، وهذا لا يتوضح أبدًا من المراقبة السطحية».
يمكن أن يفسر هذا النموذج شذوذ الأبحاث الزلزالية السابقة التي أشارت لوجود طبقة كثيفة من السوائل تحيط بالنواة الداخلية. وقال العالم روست: «نظرية الذوبان الموضعي يمكن أن تفسر أيضًا عمليات رصد زلزالية أخرى -على سبيل المثال- لماذا تجتاز الموجات الزلزالية بعض أجزاء النواة أسرع من الأجزاء أخرى؟».
كما ذكر العالم موند: «ما يزال أصل الحقل المغناطيسي الأرضي لغزًا للعلماء». وأضاف: «إن أُثبتت صحة نموذجنا، فهذه خطوة كبيرة نحو فهم كيفية تشكل النواة الداخلية، الذي بدوره يساعدنا في فهم كيفية توليد النواة للحقل المغناطيسي للأرض».
يبقى كثير غير مؤكد حول هذا العمل. قال العالم موند: «لا نعلم تحديدًا مقدار الحرارة التي تتحرك خلال النواة ولا مدى قوة أنماط تغير الحرارة عند قاعدة الغطاء». وأضاف: «لذلك قد لا يكون من الممكن الحصول على التدفقات التي نحتاجها للحث على الانصهار من النواة؛ إذ لم تؤدِ كل النماذج التي طبقناها إلى الذوبان».
أضاف العالم موند: «المشكلة العامة أن جميع نماذج الحاسوب لحركة نواة الأرض غير قادرة على تمثيل الحركة الحقيقية لها، إذ ليس هناك أحد قادر على تشغيل نماذج بتفاصيل كافية من ناحية الدقة المكانية والزمانية». وقال أيضًا: «تمثل النماذج معظم السلوك الملاحظ في نواة الأرض، لكننا لسنا متأكدين من صحة الحركة الناتجة لدينا».
قال موند: «للتأكد من ذوبان النواة حقًا؛ يلزمنا نظم أجهزة قياس زلازل أكبر منتشرة بشكل متساوٍ حول العالم، خاصةً في المحيطات، وهي عقبة تكنولوجية». وأضاف: «علينا تطوير معدات مخبر يمكنها قياس ظروف الضغط ودرجة الحرارة للنواة الداخلية؛ نحن على وشك القيام بذلك بشكل موثوق».