ما مدى سخونة قلب الأرض؟

عندما تشكلت الأرض لأول مرة قبل حوالي 4.5 مليار سنة، كانت عبارة عن كرة من الصخور المنصهرة. وبمرور الوقت، غاصت العناصر الأثقل، مثل الحديد والنيكل، إلى مركز الكوكب، لتشكل النواة المبكرة للأرض.

واليوم، لا يزال قلب الأرض عبارة عن كرة كثيفة وحارّة بشكل لا يصدق في أعماق كوكبنا. ويتكون من نواة خارجية سائلة، والتي تبدأ على ارتفاع حوالي 1800 ميل (1800 ميل)2900 كيلومتر) تحت سطح الأرض ويمتد لمسافة 1400 ميل (2200 كيلومتر). هناك أيضًا نواة داخلية صلبة، تبدأ على عمق حوالي 3200 ميل (5150 كيلومترًا) تحت الأرض، ويبلغ نصف قطرها حوالي 758 ميلًا (1220 كم).

ولكن ما مدى سخونة قلب الأرض؟ وكيف اكتشف العلماء ذلك، إذا لم يتمكنوا من الذهاب إلى هذا العمق تحت الأرض؟

بفضل مجموعة من التقنيات، قدر العلماء أن درجة حرارة باطن الأرض تعادل حرارة سطح الأرض تقريبًا شمس: تصل إلى حوالي 9000 إلى ما يزيد قليلاً عن 10000 درجة فهرنهايت (حوالي 5000 إلى أكثر من 5500 درجة مئوية). تأتي درجة الحرارة هذه من الحدود بين اللب الداخلي والخارجي، والذي يُعتقد أنه الجزء الأكثر سخونة في اللب.

ومع ذلك، لم يتم قياس درجة الحرارة هذه مباشرة. وبدلا من ذلك، يتم الاستدلال عليه من خلال التجارب والنظريات التي توصل إليها العلماء حول تكوين النواة.

يتكون مركز الأرض بشكل أساسي من الحديد، ما يقرب من 85%، مخلوطًا بالنيكل وعناصر أخف أخرى؛ هذه المادة تكون سائلة في اللب الخارجي وصلبة في اللب الداخلي. واستنتج العلماء هذه الخصائص من مزيج من القياسات المخبرية سبائك الحديد تحت ضغوط عالية، تحليل تكوين النيازك، وفهم كيف تنحني الموجات الزلزالية أو يختفي أثناء سفرهم عبر باطن الكوكب.

ولأن اللب الخارجي للأرض يتكون في معظمه من الحديد السائل، فإن درجات الحرارة في هذه المنطقة يجب أن تكون أعلى من درجة حرارة انصهار الحديد. على سطح الكوكب، تبلغ درجة انصهار الحديد النقي 2800 فهرنهايت (1,538 ج). لكن هذا الرقم لا يأخذ في الاعتبار “الضغوط الهائلة” للداخل العميق، كوينتين ويليامزوقال عالم فيزياء المعادن بجامعة كاليفورنيا في سانتا كروز لموقع Live Science: تؤدي الضغوط المتزايدة إلى زيادة درجة انصهار الحديد ومعظم المواد الأخرى، وهو ما يفسر سبب كون اللب الداخلي ساخنًا للغاية، ولكنه يظل صلبًا بسبب ضغطه العالي.

ولتحديد درجة حرارة انصهار الحديد عند الضغوط الفلكية، أجرى العلماء عدداً من التجارب لمحاكاة هذه البيئة. بعض وقد ضغطت الدراسات قطعة من الحديد بين ماستين حادتين (تسمى خلايا السندان الماسية) لتوليد ضغوط عالية بينما يقوم الليزر بتسخين الحديد إلى درجات حرارة عالية. وضرب آخرون قطعًا من الحديد بمقذوفات عالية السرعة أو الأشعة المسببة للصدمة لمحاكاة ضغوط السحق. تم بعد ذلك رسم نتائج تلك التجارب واستقراءها على الضغوط عند حدود اللب الداخلي والخارجي، مما أدى إلى تقديرات تتراوح من حوالي 9000 إلى ما يزيد قليلاً عن 10000 فهرنهايت.

“إلى حد ما، ما نعرفه عن نواة الأرض هو مجرد تخمين مدروس.” شيشون هوانغ، أستاذ الجيولوجيا في جامعة صن يات صن الصين، قال لايف ساينس. العديد من الآليات، مثل كيف يتبلور اللب الداخلي الصلب إلى مادة صلبة، لا تزال لغزا.

حار من البداية

تشير كل هذه الحرارة إلى التاريخ الفريد لكوكبنا. عندما تشكلت الأرض، تجمعت جميع أنواع المواد معًا، بما في ذلك الحديد الذي يشكل النواة. وقال هوانغ إن “قوة الجاذبية تحولت إلى حرارة”.

علاوة على ذلك، يعتقد العلماء أنه في وقت ما خلال هذا التكوين، أ كائن بحجم المريخ ضرب كوكبنا الأولي وأن هذه القوة أودعت الكثير من الحرارة في الداخل. وقال هوانغ إن بعض العلماء يعتقدون أن العناصر المشعة، مثل البوتاسيوم واليورانيوم والثوريوم، تساهم أيضًا في الحرارة الداخلية للكوكب، على الرغم من أن ما إذا كانت هذه العناصر موجودة بالفعل في أعماق الأرض أمر محل جدل.

يساهم اللب الساخن أيضًا في قدرة الأرض على استضافة الحياة. وعلى النقيض من الكواكب الأخرى، احتفظ باطن الأرض بالكثير من حرارته الأصلية البدائية.

وقال ويليامز: “نحن لسنا جيدين حقًا في تبريد الكوكب”، مما يعني أن الأرض احتفظت بالكثير من الحرارة منذ تكوينها الأصلي، على عكس الكواكب الصخرية الأخرى في مجموعتنا. النظام الشمسي. ونتيجة لذلك، فإن كوكبنا لديه خصائص مثل تكتونية الصفائح، الذي يحرك أجزاء من سطح الأرض، ويجلب العناصر الغذائية ويخلق موائل متنوعة للحياة لتتطور وتزدهر. كما أن النواة الحديدية التي هي في جزء منها سائلة تولد المجال المغناطيسي للأرض، الذي يحمي الكوكب والحياة عليه من الرياح الشمسية الخطيرة.

وقال هوانغ: “إذا كنت تهتم بالحياة، فيجب أن تهتم باطن الأرض”. إن النواة الساخنة المشتعلة في وسط كوكبنا هي ما يسمح لنا جميعًا بالبقاء على قيد الحياة حيث نحن اليوم.

مما تتكون الأرض؟ اكتشف معنا مسابقة داخل الأرض!