چرا هسته زمین داغ و سوزان است؟
درون زمین دنیایی گرم و سوزان است که حرارت آن به بیش از ۵۰۰۰ درجه سلسیوس می‌رسد. این گرما از سه منبع اصلی نشأت می‌گیرد: گرمای به‌جا مانده از زمان شکل‌گیری سیاره که هنوز از بین نرفته است، گرمای سایشی (اصطکاک) که مواد پرچگال‌تر هسته با فرو رفتن به مرکز سیاره ایجاد می‌کنند و گرمای ناشی از واپاشی عناصر رادیواکتیو.
زمین به دنبال فرایند برافزایشی شکل گرفته است. پس از پدید آمدن منظومه شمسی، شهاب سنگ‌ها با نیروی گرانش یکدیگر را جذب کردند و اجرام بزرگ‌تری را به وجود آوردند که توده‌های بزرگ‌تر را به سوی خود کشاندند تا سیاره‌ها به اندازه کنونی خود رسیدند. این فرایند گرمای زیادی را انباشت کرد؛
هنگامی که دو جسم به هم برخورد می‌کنند، گرما تولید می‌شود. به همین دلیل است که وقتی مدت نسبتاً زیادی
دست هایمان را به هم زنیم، گرم می‌شوند. زمانی که چکش مرتب به میخ کوبیده می‌شود نیز گرما ایجاد می‌شود. در مورد زمین، گرمای حاصل از برخوردها هنوز از بین نرفته است و اکنون ۱۰ درصد از مجموع گرمای درون زمین را تشکیل می‌دهد.
اما منبع اصلی گرمای زمین واپاشی عناصر رادیواکتیو است. واپاشی هسته‌ای یک فرایند طبیعی است؛ عناصر ناپایدار مثل U238 (اورانیوم) یا K40 (پتاسیم) با گذشت زمان به ثبات می‌رسند و محصولاتی از جمله P 206(سرب) برای اورانیوم و Ar40 (آرگون) برای پتاسیم را تولید می‌کنند. این فرایند گرما تولید می‌کند که ۹۰ درصد از مجموع گرمای زمین را تشکیل می‌دهد.
***
زمین سومین سیاره نزدیک به خورشید، پرچگال‌ترین سیاره منظومه شمسی، بزرگ‌ترین سیاره زمین سان منظومه شمسی و تنها جرم آسمانی دارنده زندگی است. ویژگی‌های نمایان زمین مثل کوه‌ها و دریاها و جنگل‌ها و بیابان‌ها را همه انسان‌ها می‌بینند اما ساختارهای داخلی آن بیش از همه برای دانشمندان و زمین‌شناس‌ها قابل درک است. ساختارهای درونی زمین دنیای دیگری را پدید آورده‌اند که نحوه شکل‌گیری آنها به عوامل مهمی چون گرما و فشار بستگی دارد.
زمین به طور کلی از سه بخش پوسته، جبه (گوشته) و هسته تشکیل شده‌است. فاصله سطح زمین از مرکز آن تقریباً ۶۴۳۶ کیلومتر (۴۰۰۰ مایل) است. سیاره ما ساختار یکنواختی ندارد و در واقع لایه‌های مختلفی را در خود دارد که بعضی از آنها داغ‌تر از بقیه هستند. بیشتر بخش لایه خارجی و سرد زمین که پوسته نام دارد از سنگ سخت تشکیل شده و ضخامت آن به طور کلی ۳۲ تا ۴۸ کیلومتر (۲۰ تا ۳۰ مایل) است؛ اگر چه در نواحی اقیانوسی متوسط ضخامت حدود ۵ر۶ کیلومتر (۴ مایل) است.
در زیر پوسته، جبه قرار دارد که نزدیک به ۱۸۰۰ مایل به عمق امتداد یافته و این‌گونه، ۸۴ درصد از حجم کلی زمین را به خود اختصاص داده‌است. این لایه که بیشتر آن جامد است متشکل از موادی است که نسبت به مواد تشکیل دهنده پوسته پرچگال‌تر هستند اما به دلیل فشار زیاد، فرایند ذوب در برخی نواحی متمرکز آن رخ می‌دهد. علی‌رغم جامد بودن بخش اعظم جبه، این لایه اساساً مانند یک سیال چسبناک رفتار می‌کند.
هر چه عمق بیشتر می‌شود، فشار و گرما در جبه نیز افزایش می‌یابد. در نقاطی که در مجاورت پوسته قرار دارند، حرارت حدود ۱۸۰۰ درجه فارنهایت است. دمای زیر این لایه نیز کمی بیشتر یا کمتر از ۶۷۰۰ درجه فارنهایت است.
داغ‌ترین لایه زمین کدام است؟
زیر جبه محل قرارگیری هسته است. مرکز زمین نیز مانند مرکز بسیاری از سیاره‌های زمین‌سان از لایه‌هایی تشکیل شده‌است که ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی منحصر به خود را دارند. اما تفاوت هسته زمین با هسته سیاره‌های دیگر در این است که دو هسته متمایز و مجزای خارجی و داخلی دارد. به عبارتی دیگر، هسته به دو قسمت بیرونی و درونی تقسیم بندی می‌شود. هسته بیرونی تقریباً ۲۲۵۲ کیلومتر (۱۴۰۰ مایل) امتداد دارد و بیشتر ترکیبات آن آهن و نیکل مذاب هستند. دما در این ناحیه بین ۷۲۰۰ و ۹۰۰۰ درجه فارنهایت متغیر است.
در زیر هسته بیرونی، هسته پرچگال درونی قرار دارد که ضخامت آن ۱۲۰۷ کیلومتر (۷۵۰ مایل) است و به طور عمده از آهن و مقادیر کمی نیکل به همراه چند عنصر دیگر تشکیل شده است. طبق تخمین دانشمندان، هسته فوق‌العاده داغ است و حرارتی بین ۹۰۰۰ و ۱۳۰۰۰ درجه فارنهایت از آن موج می‌زند. این دما تا حدی مشابه دمای سطح خورشید است.
دمای فوق‌العاده زیاد هسته ناشی از چند عامل است: انرژی آزاد شده به شکل واپاشی مواد رادیواکتیو، دمای اولیه‌ای که هنگام شکل‌گیری سیاره زمین وجود داشته و فشار بی‌حد و حسابی که در درونی‌ترین نقطه زمین حاکم است.
اگر چه هسته داخلی به طرزی باورنکردنی داغ است اما تصور دانشمندان از مدت‌ها پیش این بوده است که مواد موجود در آن جامد هستند و علت را فشار بسیار بالای چیره در آن می‌دانند. با این وجود، مطالعات تازه‌تر نشان می‌دهند که احتمال دارد مواد هسته درونی حالتی نامتعارف و عجیب داشته باشند که نه جامد است و نه مایع.
آیا هسته زمین درحال سرد شدن است؟
واقعیت این است که تمامی سیاره آبی ما و نه فقط هسته آن، از زمان تولدش در حدود ۵ر۴ میلیارد سال پیش تا کنون همواره کاهش دما داشته است. همچنان که هسته سیال بیرونی در بالای هسته درونی گردش و دوران دارد، گرمازدایی می‌کند و موجب می‌شود آهن در سطح هسته درونی متبلور شود. در نتیجه هر سال یک میلی‌متر به قطر هسته داخلی زمین افزوده می‌شود.
روند سردشدن نرخ ثابتی داشته است اما دانشمندان به تازگی دریافته‌اند که مواد به طور یکنواخت و یکسان سرد نمی‌شوند، بنابراین، توده‌ها و تکه‌های نابرابری در سطح هسته داخلی پدید می‌آیند.
اگر هسته خنک می‌شود، چه اتفاقی می‌افتد؟
میلیاردها سال طول می‌کشد تا هسته داخلی به طرز محسوس و قابل توجهی سرد شود. با سرد شدن هسته، فرایند همرفت یا انتقال گرما (convection)که انرژی خود را از هسته بیرونی دریافت می‌کند کند می‌شود تا جایی که سرانجام صفحات تکتونیکی از حرکت باز
می ایستند. این حرکت صفحات تکتونیکی است که موجب رخ دادن زمین لرزه و فوران‌های آتشفشانی می‌شود.
به دنبال آن، میدان مغناطیسی زمین از بین می‌رود؛ چرا که میدان مغناطیسی نیز خود در اثر فرایند همرفت در هسته بیرونی و چرخش زمین ایجاد می‌شود. پس از آن، سطح بیرونی سیاره زمین نسبت به طوفان‌های خورشیدی آسیب‌پذیر می‌شود و این تغییر ناخوشایند برای هر موجود زنده یا فناوری که به مغناطیس وابسته است مشکل ایجاد خواهد کرد. برای مثال، پرندگان توانایی مهاجرت خود را از دست خواهند داد و قطب نماها دیگر شمال را نشان نخواهند داد.
دانشمندان چگونه ساختارهای زمین را شناسایی می‌کنند؟
دانشمندان با مشاهده امواج لرزه ای ناشی از زمین لرزه‌های بزرگی که سراسر زمین را دور می‌زنند از ساختار درونی زمین نقشه برداری کرده‌اند. ساختارهای مختلف زمین اثرات متفاوتی بر امواج لرزه‌ای دارند. برخی ساختارها امواج را خم کرده و برخی از سرعت آنها می‌کاهند که در نهایت موجب بزرگ‌تر یا کوچک‌تر شدن امواج می‌شوند.
لرزه‌شناس‌ها داده‌های لرزه‌ای ثبت‌شده در همه مراکز لرزه‌نگاری مستقر در سطح زمین را خوانش کرده و بررسی می‌کنند که انرژی از چه مسیرها و فعل و انفعالاتی می‌گذرد تا در انتها چنین داده‌هایی به ثبت می‌رسند. اطلاعات به‌دست‌آمده از هزاران زمین‌لرزه و موج‌لرزه‌ای این امکان را فراهم آورده‌اند تا دانشمندان از تمامی سیاره تصویربرداری کنند؛ درست مانند رادیوگرافی از استخوان‌های داخل بدن که وضعیت آنها را برای پزشکان آشکار می‌کند.
code
دکتر سیدمحمدکاظم سجادپور ریاست دورهای شورای امنیت انگارهها و دیدگاهها