تا حالا به این فکر کردی واقعاً اون وسط قلب زمین چی می‌گذره؟ همون هسته‌ی زمین که یکی از مهم‌ترین قسمتای سیاره‌مونه و کلی تاثیر رو زندگی‌مون داره؟
بذار اول یه تصویر کلی بدم: هسته‌ی زمین، که پر از آهنه، مثل یه موتور بزرگ واسه زمین عمل می‌کنه. این هسته مسئول تولید میدان مغناطیسی زمینه — یعنی همونی که مثل یه سپر جلوی خورشید وایستاده و نمی‌ذاره اشعه‌هاش اتمسفر و اقیانوس‌هامونو نابود کنن. تازه روی حرکت صفحه‌های زمین (پلیت‌های زمین‌ساختی یا همون تکتونیک) هم تاثیر داره که قاره‌ها رو جا‌به‌جا کرده و می‌کنه.
حالا با وجود این‌همه تاثیر اساسی، هنوز کلی چیز درباره‌ی هسته‌ی زمین نمی‌دونیم! مثلاً دقیقاً چقدر داغه؟ از چه موادی ساخته شده؟ و اصلاً کی و چطور شروع کرده به منجمد شدن؟ خبر خوب اینه که تحقیقات جدید یه کم بیشتر ما رو به جواب این سوال‌ها نزدیک کرده.
دمای هسته‌ی زمین خیلی بالاست، چیزی حدود ۵۰۰۰ کلوین (یعنی حدوداً ۴۷۲۷ درجه‌ی سانتی‌گراد! کلوین یه واحد دماست که از صفر مطلق شروع میشه، اون پایین‌ترین دمای ممکن که توش هیچ جنب‌وجوشی وجود نداره). این هسته قدیما کاملاً مایع بوده ولی کم‌کم سرد شده و الان بخش مرکزی‌ش جامد شده و داره آروم‌آروم بزرگ‌تر میشه. این سرد شدن باعث ایجاد جریانات تو گوشته (که همون لایه‌ی بالای هسته‌ست) میشه و این جریانات پشت حرکت تکتونیک‌های قاره‌هاست.
یه نکته‌ی جالب اینه که همین سردشدن باعث ایجاد میدان مغناطیسی زمین هم میشه! تقریباً بخش بزرگی از انرژی میدان مغناطیسی‌مون از منجمد شدن هسته بدست میاد.
اما چون دستمون به هسته نمی‌رسه، نمی‌تونیم دقیق بررسیش کنیم و باید کلی حدس بزنیم.
یه سوال اساسی تو این تحقیقات، دمای ذوب هسته‌ست. ما می‌دونیم کجا بین هسته‌ی بیرونی مایع و هسته‌ی درونی جامد مرز داریم (این رو از طریق لرزه‌نگاری یا Seismology فهمیدن — لرزه‌نگاری یعنی بررسی امواج زلزله و چگونگی عبورشون از درون زمین). چون دقیقاً تو این مرز هسته داره منجمد میشه، پس دماش همون دمای ذوبشه! اگه بتونیم دمای ذوب رو بفهمیم، می‌تونیم حدس بزنیم دقیقاً از چه چیزایی ساخته شده.
حالا بریم سراغ اینکه دانشمندها تا به حال چطور تلاش کردن ترکیب هسته رو بفهمن:
۱. شهاب‌سنگ‌ها (Meteorites): اینا تیکه‌هایی از سیاره‌هایی هستن که هیچ‌وقت درست نشدن یا هسته‌ی سیاره‌هایی که منفجر شدن. با آنالیز شیمیایی شهاب‌سنگ‌ها می‌تونیم حدس بزنیم هسته‌ی زمین از چی ممکنه ساخته شده باشه. اما این فقط یه تصور کلی بهمون میده — بیشتر نشون میدن که هسته باید اکثراً از آهن و نیکل باشه و شاید کمی سلیکون یا گوگرد هم داشته باشه.
۲. لرزه‌نگاری یا همون Seismology: وقتی زلزله میاد، امواجش با سرعت‌های متفاوت از مواد مختلف عبور می‌کنن. دانشمندها با اندازه گرفتن سرعت این موج‌ها و مقایسه‌ش با آزمایشاتی که روی مواد مختلف انجام میدن، می‌تونن بفهمن تو عمق زمین چه خبره. مثلاً نتایج نشون میده که هسته‌ی زمین حدود ۱۰٪ از آهن خالص سبک‌تره و هسته‌ی مایع بیرونی از داخلی جامدش چگال‌تره — نتیجه اینکه باید مواد دیگه‌ای هم باشه نه فقط آهن خالص.
با همه‌ی اینا، هنوزم بازه‌ی دمای ذوب و ترکیب هسته خیلی بازه و کلی مدل مختلف میشه براش ساخت!
این تحقیق جدید یه راه دیگه رو امتحان کرده: تو فیزیک مواد معدنی دقیق بررسی کردن که اصلاً چطور هسته شروع کرده به منجمد شدن. اونا شبیه‌سازی کردن که وقتی اتم‌های فلزهای مایع کنار هم جمع میشن، کی و چطور جامد میشن. یه پدیده‌ی جالب اینجا مطرح میشه به نام «فوق‌سرد شدن» (Supercooling)، که یعنی دما از نقطه‌ی ذوب هم بیاد پایین اما هنوز ماده مایع باقی بمونه. مثلاً آب ممکنه تو فریزر تا منفی ۵ درجه مایع بمونه و با یه ضربه یهو همه‌ش یخ بزنه!
تو تحقیقشون فهمیدن که این فوق‌سرد شدن و مقدار دمای لازم براش بستگی به مواد تشکیل‌دهنده هسته داره. شبیه‌سازی نشون داده اگه هسته فقط آهن خالص بود، برای اینکه جامد شه باید دماش تا حدود ۱۰۰۰ درجه زیر نقطه ذوب بره که این غیرممکنه! چون در این صورت کل هسته تا حالا باید منجمد می‌شد (که نشده).
یه چیزی اضاف کردن: شهاب‌سنگ‌ها و داده‌های لرزه‌نگاری هم میگن شاید سیلیکون یا گوگرد تو هسته هست، ولی اگه اینا رو هم اضافه کنن قضیه بدتر میشه و باید دمای حتی پایین‌تری بشه که منطقی نیست.
اینجاست که یه عنصر دیگه وارد بازی میشه: کربن! تحقیقات جدید نشون داده اگر تقریباً ۲/۴ درصد جرم هسته کربن باشه، تنها حدود ۴۲۰ درجه سردتر شدن لازم داریم تا درون هسته شروع کنه به منجمد شدن که این اولین باره نشون داده عملاً این منجمد شدن ممکنه! حتی اگه کربن بیشتر باشه (۳/۸ درصد) این عدد به ۲۶۶ درجه می‌رسه — که منطقی‌تره نسبت به نیازهای قبلی.
این نشون میده لرزه‌نگاری فقط می‌تونه کمک کنه محدوده‌ی مواد احتمالی رو کوچیک‌تر کنه، اما اینکه دقیق کدوم ترکیب باعث وجود هسته‌ی جامد شده رو باید دقیق‌تر بررسی کرد.
البته قطعی هم نیست — نمی‌تونیم بگیم فقط آهن و کربن هست چون خواص لرزه‌ای هسته به یه عنصر اضافه‌تر هم نیاز داره. شاید اکسیژن یا حتی سلیکون هم توش باشه.
در کل این تحقیق یه قدم بزرگه برای اینکه بفهمیم هسته‌ی سیاره‌مون چی توشه، چطور شروع کرده منجمد شدن و چطور از درون، زندگی رویپوشت زمین رو ساخته.
پس دفعه‌ی بعد به زمین نگاه کردی، بدون که هسته‌ش خیلی پیچیده‌تر و مرموزتر از چیزیه که فکرش رو می‌کنی! و علم هنوزم داره تیکه‌پیکه رازهاشو کنار هم میذاره تا بالاخره بفهمه که واقعاً اونجا چی خبر بوده و هست!
منبع: +
