نتایج یک پژوهش تازه که به کمک اندازه گیری آزمایشگاهی انجام شده، نشان می دهد که هسته ی درونی جامد زمین تنها حدود یک سوم سن سیاره یعنی یک تقریباً میلیارد سال قدمت دارد.
زمین مانند یک کیک چندلایه است، با پوسته ی بیرونی جامد، یک گوشته ی غلیظ و داغ، یک هسته ی بیرونی مایع و یک هسته ی درونی جامد. این هسته ی درونی جامد به وسیله ی آهنی که در هسته ی مایع سرد و متبلور می شود، به آرامی در حال رشد است.
این فرآیند به قدرت گرفتن چرخش هسته ی مایع بیرونی کمک می کند که به نوبه ی خود باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین می شود و به محافظت از سیاره در برابر پرتوهای مضر کیهانی کمک می کند. به عبارت دیگر هسته ی درونی نقش بسیار مهمی در حیات زمینی دارد.
اما درباره ی تاریخچه ی این گوی آهنی با ۲۴۴۲ کیلومتر عرض، اطلاع زیادی در دست نیست. تخمین های درنظر گرفته شده برای آن از نیم میلیارد سال تا بیش از ۴ میلیارد سال را دربر می گیرد. تقریبا به اندازه ی سن زمین که ۴.۴ میلیارد سال است.
اکنون پژوهشگران کوشیده اند با روشی دقیق تر از قبل، سن این هسته ی درونی جامد را تخمین بزنند.« یونگ فو لین»( Jung- Fu Lin) دانشمند علوم زمین در دانشگاه آستین تگزاس در این زمینه گفت:« زمین در منظومه ی شمسی یکتاست زیرا میدان مغناطیسی قوی دارد و قابل سکونت است. در نهایت می توان از نتایج پژوهش انجام شده برای اندیشیدن به اینکه چرا سیارات منظومه ی شمسی میدان مغناطیسی دارند استفاده کرد.»
دینام زمین
میدان مغناطیسی زمین توسط آنچه که دانشمندان آن را « دینام زمین»( Geodynamo) می خوانند تأمین می شود. این پدیده شامل حرکت هسته ی خارجی غنی از آهن زمین است که سیاره ی ما را به یک آهنربای غول پیکر ، اگرچه کمی به هم ریخته ، تبدیل می کند. دینام زمین با ایجاد میدان مغناطیسی، مسئول شکل گیری قطب شمال و جنوب مغناطیسی و سپر محافظ نامرئی سیاره در برابر ذرات باردار خورشیدی است.
بخشی از حرکت هسته ی درونی توسط گرما ایجاد می شود که به عنوان منبع انرژی گرمایی آن شناخته می شود. همین طور که هسته ی زمین به تدریج سرد می شود، از درون به بیرون متبلور شده و این فرآیند تبلور انرژی آزاد می کند که می تواند قدرت حرکت هسته ی بیرونی مایع را بیشتر کند. این انرژی ناشی از متبلور شدن، منبع انرژی ترکیبی ژئودینام نام دارد.
لین و همکارانش قصد داشتند از شواهد تجربی برای تعیین میزان انرژی از هر یک از این منابع استفاده کنند. دانستن میزان انرژی به آنها امکان می داد تا سن هسته ی درونی زمین را تخمین بزنند.
برای انجام این کار، پژوهشگران شرایط هسته را در مقیاس کوچک بازسازی کردند. آنها یک قطعه آهن به قطر ۶ میکرون را تا دمای ۲۷۲۷ درجه ی سانتی گراد گرم کردند و سپس بین دو قطعه الماس فشردند تا با فشارهای شدید هسته ی زمین مطابقت داشته باشد. پس از آن رسانش آهن را تحت این شرایط اندازه گیری کردند.
هسته ای جوان
اندازه گیری رسانایی آهن به پژوهشگران امکان داد تا میزان سرد شدن هسته را که در نهایت به تأمین انرژی ژئودینام منجر می شود، اندازه گیری کنند. آنان دریافتند که ژئودینام در حدود ۱۰ تراوات( ۱۰ به توان ۱۲ وات) انرژی از هسته ی در حال سرد شدن زمین کسب می کند. بیش از یک پنجم گرمایی که زمین از طریق سطح خود به فضا منتشر می کند که ۴۶ تراوات است.
لین در مقاله ای که ۱۳ آگوست در نشریه ی Physical Review Letters منتشر شده گفت:« با محاسبه ی میزان اتلاف این انرژی، پژوهشگران می توانند سن هسته ی زمین را تخمین بزنند. زیرا به کمک نرخ اتلاف انرژی پژوهشگران می توانند محاسبه کنند که فرآیند تبدیل یک گوشته ی مایع آهنی به هسته ی جامد امروزی چقدر طول می کشد.»
به گفته ی او نتیجه ی این پژوهش، بین ۱ تا ۱.۳ میلیارد سال را نشان می دهد. تخمینی که حتی از برخی تخمین های گذشته با روش های مشابه، بیشتر است. برای نمونه یک محاسبه در سال ۲۰۱۶ سن هسته ی جامد زمین را ۷۰۰ میلیون سال ذکر کرده بود. به گفته ی لین با توجه به دقت و اطمینان بالای روش هایی که او و همکارانش به کار برده اند، چنین سن کمی بعید به نظر می رسد.
از سویی بر اساس مقاله ی که سال ۲۰۱۵ در نشریه ی Nature منتشر شد، بررسی سنگ های مغناطیسی باستانی نشان می دهد که میدان مغناطیسی زمین بین ۱ تا ۱.۵ میلیارد سال پیش به طور ناگهانی تقویت شده است. چیزی که به گفته ی لین به خوبی با نتایج جدید سازگار است زیرا تشکیل هسته ی جامد می تواند عامل این تقویت بوده باشد.
هنوز پرسش های زیادی درباره ی توزیع گرما در هسته وجود دارد. برخلاف نمونه ی آزمایشگاهی، هسته ی زمین فقط از آهن تشکیل نشده بلکه شامل عناصر سبک تر مانند کربن، هیدروژن، اکسیژن سیلیسیوم و گوگرد نیز هست.
اما نسبت این عناصر اندک، ناشناخته است و دانستن از چگونگی اثرگذاری بر رسانش هسته ی درونی را دشوار می کند. کاری که لین و همکارانش مشغول انجام آن هستند. او اشاره داشت:« ما تلاش می کنیم شیوه ی اثرگذاری این عناصر را در فشار و دمای بالا بررسی کنیم.»
- 11
- 6
