چرا هسته زمین میلیارد ها سال مثل خورشید داغ مانده است؟ - مجله فضای وب

زمین ما بی شباهت به پیاز نیست؛ لایه لایه. از بالا به پایین، پوسته را داریم که شامل سطحی می گردد که روی آن راه می روید؛ سپس به گوشته می رسیم که غالباً از سنگ های جامد پر شده و در عمقی بسیار بیشتر به هسته بیرونی می رسیم که آهن مذاب آن را شکل داده و انتها، هسته درونی: از جنس آهن جامد و شعاعی برابر با 70درصد شعاع ماه. هرچه پایین تر بروید، محیط گرم تر می گردد و بخش هایی از هسته به گرمی سطح خورشید هستند.

شیچون هوانگ (Shichun Huang)، استاد علوم زمین و سیاره ای در دانشگاه تنسی ناکسویل، به مطالعه درون دنیای ما مشغول است. درست مانند یک پزشک که می تواند با تکنیک سونوگرافی تصاویری از اعضای درون بدن ما، با استفاده از امواج فراصوت تهیه کند، دانشمندان از تکنیکی مشابه برای تصویربرداری از ساختار درون زمین بهره می برند. اما به جای امواج فراصوت، زمین شناسان از امواج لرزه ای استفاده می نمایند؛ امواج صدایی که زلزله ها فراوری می نمایند.

لرزه ها چیز هایی را که در زیر خاک، شن، علف ها و آسفالت سطح زمین هستند، آشکار می نمایند: سنگ های بزرگ و کوچک. تمام این ها بخشی از پوسته هستند که می تواند تا 30 کیلومتر عمق داشته باشد؛ پوسته روی لایه گوشته شناور است.

بخش بالایی پوسته معمولاً با پوسته حرکت می نماید. این دو با هم لیتوسفر نامیده می شوند که عمق میانگینش حدوداً 100 کیلومتر است، گرچه در بعضی نقاط می تواند ضخیم تر باشد. لیتوسفر به چند تکه بزرگ به نام صفحه تقسیم شده است. برای مثال، صفحه آرام زیر اقیانوس آرام قرار گرفته است و صفحه آمریکای شمالی بیشتر بخش های آمریکای شمالی را دربر دارد. صفحه ها مانند قطعه های یک پازل هستند که به طور تقریبی با هم جور می شوند و سطح زمین را می پوشانند.

صفحه ها ایستا نیستند و حرکت می نمایند. گاهی اوقات کمتر از یک سانتی متر در عرض چند سال. گاهی حرکات بیشتر و ناگهانی تر هستند. این نوع حرکت است که باعث زمین لرزه و فوران های آتشفشانی می گردد.

علاوه براین، حرکت صفحه ای یک عامل مهم و شاید ضروری در راندن تکامل حیات روی زمین است؛ زیرا صفحات متحرک محیط زیست را تغییر می دهند و حیات را وادار می نمایند خود را با شرایط نو تطبیق دهد.

حضور گرما

حرکت صفحه ای نیازمند یک گوشته داغ است. هرچقدر به عمق بیشتری از زمین بروید، دما افزایش می یابد. در کف صفحات، عمق حدوداً 100 کیلومتری، دما تقریباً 1٬300 درجه سلسیوس است. وقتی به مرز بین گوشته و هسته بیرونی در عمق 2٬900 کیلومتری برسید، دما نزدیک 2٬700 درجه سلسیوس خواهد بود.

سپس در مرز بین هسته های بیرونی و درونی، دما دو برابر می گردد و به 6٬000 درجه سلسیوس می رسد. این دمایی است که با سطح خورشید برابری می نماید. در این دما تقریباً همه چیز - فلزات، الماس ها، انسان ها - تبخیر می شوند. اما از آنجا که هسته در فشار بسیار زیادی درون زمین محبوس است، آهن همچنان مایع یا جامد باقی می ماند.

این همه گرما از کجا می آید؟

منشأ این گرما خورشید نیست. با این که خورشید ما و تمام حیوانات و گیاهان سطح زمین را گرم می نماید، نور آن نمی تواند کیلومتر ها درون زمین نفوذ کند. دو منبع دیگر وجود دارد. یکی گرمایی است که زمین هنگام شکل گیری خود در 4.5 میلیارد سال قبل به ارث برد. زمین از یک ابر خورشیدی، یک ابر گازی بسیار بزرگ، در میان برخورد ها و ترکیب تکه های سنگ و آوار، که خرده سیاره نامیده می شوند، به دنیا آمد. این فرایند ده ها میلیارد سال طول کشید.

گرمایی بسیار زیاد که برای ذوب کردن کل سیاره زمین کافیست، در این برخورد ها فراوری شد. با این که مقداری از این گرما وارد فضا شد، باقی آن در داخل زمین حبس گشت و تا به امروز در آن به جای مانده است.

منبع دیگر گرما: انحلال ایزوتوپ های رادیواکتیو که در تمام زمین توزیع شده اند. برای فهم این موضوع، ابتدا عنصر را به صورت یک خانواده و ایزوتوپ های آن را به عنوان اعضای آن درنظر بگیرید. هر اتم یک عنصر تعداد پروتن یکسان دارد، اما تعداد نوترون های ایزوتوپ ها فرق دارد.

خرده سیارات

زمین از برخورد خرده سیارات در ابتدای شکل گیری منظومه شمسی تشکیل شده است. گرمای حاصل از برخورد این خرده سیارات در دل زمین حبس شده و یکی از منابع گرمای هسته زمین است. ایزوتوپ های رادیواکتیو پایدار نیستند. آن ها یک جریان ثابت انرژی آزاد می نمایند که به گرما تبدیل می گردد. پتاسیم-40، توریم-232، اورانیم-235 و اورانیم-238 چهار ایزوتوپ رادیواکتیو هستند که درون زمین را گرم نگه می دارند.

شاید بعضی از این نام ها برای شما آشنا باشند. برای مثال، اورانیم-235 به عنوان سوخت نیروگاه های هسته ای استفاده می گردد. زمین در خطر از دست دادن این منبع گرما نیست: با این که بیشتر اورانیم-235 و پتاسیم-40 آغازین زمین از بین رفته اند، توریم-232 و اورانیم-238 کافی برای میلیارد ها سال به جای مانده است. ایزوتوپ های منشأ انرژی در کنار هسته و گوشته گرمای لازم برای حرکت صفحات را فراهم می نمایند.

نه گرما، نه حرکت صفحه ای، نه حیات

حتی الان نیز حرکت صفحات سطح زمین را تغییر می دهد و دائماً زمین ها و اقیانوس های نوی را در میلیون ها و میلیارد ها سال به وجود می آورد. این صفحات در مقیاس های زمانی بسیار طولانی، اتمسفر را نیز تحت تأثیر قرار می دهند. اما بدون گرمای درونی زمین، صفحات حرکت نمی کردند. زمین خنک می شد. دنیای ما به احتمال زیاد غیرقابل سکونت می گشت و شما اینجا نبودید. بار بعد که زمین را زیر پای خود احساس کردید به این فکر کنید.

منبع: دیجیاتو