سوخت هسته زمین تا چه زمان دوام می‌آورد؟

در تمام سال، دمای پوسته زمین به طور نسبی ثابت در نظر گرفته می‌شود، با این حال، در زیر پوسته زمین، جایی دقیقا در زیر پای ما، مکان بسیار داغی وجود دارد و آن هسته زمین است. هسته زمین با حرکت صفحه‌های زمین و مراقبت از ما در برابر امواج خورشیدی، بخشی از شرایط حیات روی این سیاره را تامین می‌کند. اما این هسته تا کی می‌تواند همچنان داغ بماند؟

هسته زمین چقدر داغ است؟

دانشمندان دمای هسته زمین را ۱۰ هزار درجه سلسیوس تخمین زده‌اند و بر این باورند که از دمای سطح خورشید نیز بیشتر است. نظریه‌ای وجود دارد که چنین دمای بالایی را توجیه می‌کند.

در حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش، منظومه شمسی متشکل از ابر غباری سردی بود که در تمام ناحیه منظومه شمسی امروزی پخش شده بود. کم‌کم این ابر به دلیل وجود جاذبه، درون خود فرو ریخت و قرص بسیار بزرگی را تشکیل داد که به دور خود می‌چرخید.

مرکز این قرص، خورشید را تشکیل داد و حلقه‌های بیرونی خورشید، تبدیل به کره‌های عظیم آتشین و مذابی شدند که به مرور زمان سرد شدند و به حالت جامد درآمدند. در همان زمان، سطح سیارات جدید با اجرام بزرگ درون منظومه شمسی بمباران میشد و درون آن‌ها گرمای شدیدی را تولید میکرد که باعث ذوب شدن مواد درون سیارات می‌شد.

وقتی زمین تشکیل شد، کره یکپارچه‌ای از سنگ داغ بود. واپاشی هسته‌ای و گرمای باقی مانده از شکل‌گیری سیاره، زمین را بیشتر از قبل گرم کرد. بالاخره بعد از پانصد میلیون سال، دمای زمین به نقطه ذوب آهن، ۱۵۳۸ درجه سلسیوس، رسید. این دمای بالا به مواد مذاب زمین اجازه داد که سریع تر حرکت کنند و مواد شناور مانند آب و سیلیکات و حتی هوا، در نزدیکی سطح بیرون زمین باقی بماند و گوشته و پوسته آن را به وجود آورند. قطرات آهن و نیکل و حتی فلزات سنگین‌تر، در مرکز زمین جمع شدند و هسته اولیه را تشکیل دادند. چنین فرآیندی تمایز سیاره‌ای نام دارد که در آن لایه‌های مختلف سیاره شکل م‌یگیرد.

برخلاف گوشته و پوسته زمین که دارای مقدار زیادی مواد معدنی است، هسته آن فقط از فلزات، به خصوص آهن و نیکل تشکیل شده است. در حالی که هسته داخلی، کره ای جامد با شعاع ۱۲۲۰ کیلومتر و دمای ۵۴۳۰ درجه سلسیوس است، هسته خارجی لایه سیالی است که ضخامت آن ۲۴۰۰ کیلومتر و دمای آن بین ۲۷۳۰ تا ۷۷۳۰ درجه سلسیوس متغیر است. چنین دمای بالایی سه دلیل اساسی دارد؛ واپاشی هسته‌ای عناصر درون هسته، باقی مانده گرما از دوران شکل‌گیری سیاره و گرمای آزاد شده از فرآیند جامد شدن سیال در مرز بین هسته داخلی و خارجی.

حالا دلیل داغ بودن هسته زمین را متوجه شدیم، این حرارت تا کی دوام می‌آورد؟ دانشمندان اعلام کردند که تا چهار سال آینده به این سوال پاسخ خواهند داد. محققان بر این باورند که از ابتدای شکل‌گیری زمین، این سیاره به طور قابل توجهی سرد شده، گرچه حرارت دوران شکل‌گیری هنوز در آن باقی مانده است. در حالی که گرمای ابتدایی در حال از بین رفتن است، شکل دیگری از گرما، پوسته و گوشته را گرم نگه میدارد. مواد رادیواکتیو طبیعی به مقدار زیادی در اعماق زمین و اطراف پوسته وجود دارد. طی فرآیند واپاشی هسته‌ای، گرمای مورد نیاز زمین تامین میشود.

دانشمندان می‌دانند که گرمای زمین با سرعت مشخصی به درون فضا میرود، اما چیزی که نمیدانند این است که چه مقدار از آن، گرمای اولیه است؟ اگر گرمای زمین عمدتا از گرمای اولیه باشد، در این صورت زمین خیلی سریع‌تر سرد می‌شود و اما اگر گرمایی هم از واپاشی هسته‌ای تولید شود، آنگاه این گرما مدت زمان طولانی‌تری دوام می‌آورد.

در حالی که این موضوع نگران کننده به نظر می‌رسد، تعدادی از دانشمندان تخمین می‌زنند که هسته زمین بعد از حدود ۹۱ میلیارد سال سرد می‌شود و این در حالی است که تا پنج میلیارد سال دیگر خورشید از بین می‌رود و زمین را در خود ذوب می‌کند!

چرا دمای هسته زمین مهم است؟

هسته زمین، دمای این سیاره را در حالت تعادل نگه میدارد و از آن مهم‌تر، میدان مغناطیسی زمین را تولید میکند. علت به وجود آمدن میدان مغناطیسی زمین، حرکت مواد مذاب در هسته خارجی است.

این میدان مغناطیسی عظیم تا فضا ادامه پیدا می‌کند و از برخورد ذرات باردار خورشیدی به زمین جلوگیری میکند. وظیفه این میدان ایجاد سد غیر قابل نفوذی است که از زمین در برابر سریع‌ترین و پر انرژی‌ترین ذرات محافظت می‌کند.

این میدان‌ها کمربند ون الن نامیده می‌شوند و آن‌ها هستند که حیات را روی زمین ممکن می‌کنند. بدون این سپرهای مغناطیسی، بادهای خورشیدی به اتمسفر زمین برخورد می‌کردند و لایه اوزون را از بین می‌بردند و در نتیجه، امواج فرابنفش به سطح زمین نفوذ می‌کرد و دیگر از حیات خبری نبود.

تصور می‌شود که مریخ نیز زمانی دارای کمربند ون الن بوده و هنگامی که هسته آن سرد شد، این کمربند نیز از بین رفته و سبب برخورد بادهای خورشیدی به اتمسفر مریخ شده است و در نتیجه، از مریخ سیاره‌ای بی‌آب و علف باقی مانده است.

سوخت هسته زمین چقدر دوام می‌آورد؟

در حال حاضر، مدلهای علمی بسیاری می‌توانند تخمین بزنند که چه مقدار سوخت درون هسته زمین باقی مانده است. گرچه نتایج به دست آمده از مدل‌های مختلف به مقدار زیادی با هم متفاوت است و نتیجه‌گیری نهایی را به شدت سخت می‌کند؛ اکنون می‌دانیم که چه مقدار از گرمای زمین متعلق به زمان شکل‌گیری و چه مقدار انرژی رادیواکتیویته است.

برای محاسبه مقدار سوخت باقیمانده درون زمین، دانشمندان از سنسورهای پیشرفته‌ای استفاده می‌کنند که کوچک‌ترین ذرات زیراتمی به نام ژئونوترینوها را شناسایی میکند. ژئونوترینوها ذراتی هستند که محصول جانبی واکنش هسته‌ای درون ستاره‌ها، ابرنواخترها، سیاهچاله‌ها و رآکتورهای هسته‌ای هستند.

شناسایی مقدار سوخت باقی مانده

شناسایی آنتی نوترینوها کار بسیار سخت و پیچیده‌ای است. آشکارسازهای عظیمی به اندازه یک ساختمان کوچک، تا عمق یک کیلومتری درون زمین نصب می‌شوند. این عمق به نظر بسیار زیاد می‌آید؛ اما لازم است که لایه محافظتی در برابر امواج کیهانی ساخته شود تا در نتیجه محاسبات خطا ایجاد نکند.

در این روش، آشکارساز آنتی نوترینوهایی را که به اتم‌های هیدروژن درون دستگاه برخورد می‌کنند را شناسایی می‌کند و بعد از این برخورد، دو نور لحظه‌ای تولید می‌شود که این اتفاق را ثبت می‌کند.

دانشمندان با محاسبه تعداد این برخوردها، مقدار اورانیوم و توریوم درون سیاره را تخمین می‌زنند. متاسفانه آشکارسازهای ژاپن و ایتالیا فقط ۱۶ برخورد در سال را تشخیص دادند که این روند محاسبات را بسیار آرام می‌کند. البته پیش‌بینی می‌شود با آشکارسازهایی که در سال گذشته در کانادا و چین نصب شده‌اند، تعداد این برخوردها را تا پانصد برخورد در سال افزایش یابد.

آشکارساز «جینپینگ» چین، چهار برابر بزرگتر از تمام آشکارسازهای ساخته شده است. با این حال، آشکارساز «جونو» کانادا که در سال بعد شروع به کار خواهد کرد، بیست برابر بزرگتر از همه آشکارسازها خواهد بود. دانشمندان با وجود جونو اطلاعاتی را جمع آوری می‌کنند که می‌توانند عمر هسته زمین را تخمین بزنند.

تا به امروز، تمام محاسباتی که انجام شده است پیش‌بینی میکند که تا صدها میلیون سال یا حتی میلیاردها سال دیگر هسته زمین به فعالیت خود ادامه خواهد داد.