چگونه هسته زمین میلیاردها سال به داغی سطح خورشید مانده است؟
برای پاسخ به این پرسش به مرکز زمین سفر می‌کنیم.
در دیجیاتو ثبت‌نام کنید
جهت بهره‌مندی و دسترسی به امکانات ویژه و بخش‌های مختلف در دیجیاتو عضو ویژه دیجیاتو شوید.
عضویت در دیجیاتوتازههای تکنولوژی
زمین ما بی‌شباهت به پیاز نیست؛ لایه‌لایه. از بالا به پایین، پوسته را داریم که شامل سطحی می‌شود که روی آن راه می‌روید؛ سپس به گوشته می‌رسیم که غالباً از سنگ‌های جامد پر شده است و در عمقی بسیار بیشتر به هسته بیرونی می‌رسیم که آهن مذاب آن را شکل داده است و سرانجام، هسته درونی: از جنس آهن جامد و شعاعی برابر با ۷۰ درصد شعاع ماه. هرچه پایین‌تر بروید، محیط گرم‌تر می‌شود و بخش‌هایی از هسته به گرمی سطح خورشید هستند.
سفر به مرکز زمین
«شیچون هوانگ» (Shichun Huang)، استاد علوم زمین و سیاره‌ای در دانشگاه تنسی ناکسویل، به مطالعه درون دنیای ما مشغول است. درست مانند یک پزشک که می‌تواند 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 می‌برند. اما به‌جای امواج فراصوت، زمین‌شناسان از امواج لرزه‌ای استفاده می‌کنند؛ امواج صوتی که زلزله‌ها تولید می‌کنند.
لرزه‌ها چیزهایی را که در زیر خاک، شن، علف‌ها و آسفالت سطح زمین هستند، آشکار می‌کنند: سنگ‌های بزرگ و کوچک. تمام این‌ها بخشی از پوسته هستند که می‌تواند تا ۳۰ کیلومتر عمق داشته باشد؛ پوسته روی لایه گوشته شناور است.
بخش بالایی پوسته معمولاً با پوسته حرکت می‌کند. این دو با هم لیتوسفر نامیده می‌شوند که عمق میانگینش حدوداً ۱۰۰ کیلومتر است؛ گرچه در برخی نقاط می‌تواند ضخیم‌تر باشد.
Image credit: eliflamra/Getty Images
لیتوسفر به چند تکه بزرگ به نام صفحه تقسیم شده است. برای مثال، صفحه آرام زیر اقیانوس آرام قرار دارد و صفحه آمریکای شمالی بیشتر بخش‌های آمریکای شمالی را در بر می‌گیرد. صفحه‌ها مانند قطعه‌های یک پازل هستند که به‌طور تقریبی با هم جور می‌شوند و سطح زمین را می‌پوشانند.
صفحه‌ها ایستا نیستند و حرکت می‌کنند؛ گاهی اوقات کمتر از یک سانتی‌متر درعرض چند سال. گاهی حرکات بیشتر و ناگهانی‌تر هستند. این نوع حرکت است که باعث زمین‌لرزه و فوران‌های آتشفشانی می‌شود.
علاوه‌براین، حرکت صفحه‌ای یک عامل مهم و شاید ضروری در راندن تکامل حیات روی زمین است؛ زیرا صفحات متحرک محیط‌زیست را تغییر می‌دهند و حیات را وادار می‌کنند خود را با شرایط جدید تطبیق دهد.
حضور گرما
حرکت صفحه‌ای نیازمند یک گوشته داغ است. هرچقدر به عمق بیشتری از زمین بروید، دما افزایش می‌یابد. در کف صفحات، عمق حدوداً ۱۰۰ کیلومتری، دما تقریباً ۱٬۳۰۰ درجه سلسیوس است. وقتی به مرز بین گوشته و هسته بیرونی در عمق ۲٬۹۰۰ کیلومتری برسید، دما نزدیک ۲٬۷۰۰ درجه سلسیوس خواهد بود.
سپس در مرز بین هسته‌های بیرونی و درونی، دما دو برابر می‌شود و به ۶٬۰۰۰ درجه سلسیوس می‌رسد. این دمایی است که با سطح خورشید برابری می‌کند. در این دما تقریباً همه‌چیز - فلزات، الماس‌ها، انسان‌ها - تبخیر می‌شوند. اما از آنجا که هسته در فشار بسیار زیادی درون زمین محبوس است، آهن همچنان مایع یا جامد باقی می‌ماند.
Image credit: forplayday/Getty Images
برخوردهای فضایی
این همه گرما از کجا می‌آید؟
منشأ این گرما خورشید نیست. با اینکه خورشید ما و تمام حیوانات و گیاهان سطح زمین را گرم می‌کند، نور آن نمی‌تواند کیلومترها درون زمین نفوذ کند.
دو منبع دیگر وجود دارد, یکی گرمایی است که زمین هنگام شکل‌گیری خود در ۴٫۵ میلیارد سال قبل به ارث برد. زمین از یک ابر خورشیدی، یک ابر گازی بسیار بزرگ، در میان برخوردها و ترکیب تکه‌های سنگ و آوار که خرده‌سیاره نامیده می‌شوند، متولد شد. این فرایند ده‌ها میلیارد سال طول کشید.
گرمایی بسیار زیاد که برای ذوب‌کردن کل سیاره زمین کافیست، در این برخوردها تولید شد. با اینکه مقداری از این گرما وارد فضا شد، باقی آن در داخل زمین حبس گشت و تا به امروز در آن باقی مانده است.
منبع دیگر گرما: انحلال ایزوتوپ‌های رادیواکتیو که در تمام زمین توزیع شده‌اند.
برای فهم این موضوع، ابتدا عنصر را به‌صورت یک خانواده و ایزوتوپ‌های آن را به‌عنوان اعضای آن در نظر بگیرید. هر اتم یک عنصر تعداد پروتون یکسان دارد، اما تعداد نوترون‌های ایزوتوپ‌ها متفاوت است.
ایزوتوپ‌های رادیواکتیو پایدار نیستند. آن‌ها یک جریان ثابت انرژی آزاد می‌کنند که به گرما تبدیل می‌شود. پتاسیم-۴۰، توریم-۲۳۲، اورانیم-۲۳۵ و اورانیم-۲۳۸ چهار ایزوتوپ رادیواکتیو هستند که درون زمین را گرم نگه می‌دارند.
شاید برخی از این نام‌ها برای شما آشنا باشند. برای مثال، اورانیم-۲۳۵ به‌عنوان سوخت نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شود. زمین در خطر ازدست‌دادن این منبع گرما نیست: با اینکه بیشتر اورانیم-۲۳۵ و پتاسیم-۴۰ آغازین زمین از بین رفته‌اند، توریم-۲۳۲ و اورانیم-۲۳۸ کافی برای میلیاردها سال باقی مانده است.
ایزوتوپ‌های منشأ انرژی در کنار هسته و گوشته، گرمای لازم برای حرکت صفحات را فراهم می‌کنند.
نه گرما، نه حرکت صفحه‌ای، نه حیات
حتی الان نیز حرکت صفحات، سطح زمین را تغییر می‌دهد و دائماً زمین‌ها و اقیانوس‌های جدیدی را در میلیون‌ها و میلیاردها سال به‌وجود می‌آورد. این صفحات در مقیاس‌های زمانی بسیار طولانی، اتمسفر را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهند.
اما بدون گرمای درونی زمین، صفحات حرکت نمی‌کردند. زمین خنک می‌شد. دنیای ما به‌احتمال‌زیاد غیرقابل سکونت می‌گشت و شما اینجا نبودید.
بار بعد که زمین را زیر پای خود احساس کردید به این فکر کنید.
برای گفتگو با کاربران ثبت نام کنید یا وارد حساب کاربری خود شوید.