الكشف عن أسرار لب الأرض: دراسة تكشف عن تغيرات مدهشة في دوران النواة الداخلية وتأثيرها على المجال المغناطيسي وطول اليوم. ما الذي يعنيه هذا لكوكبنا؟ اقرأ المزيد على خَبَرْيْن. #الجيولوجيا #العلوم
في أعماق الأرض توجد كرة معدنية صلبة تدور بشكل مستقل عن كوكبنا الذي يدور، مثل قمة تدور داخل قمة أكبر، يكتنفها الغموض.
وقد أثارت هذه النواة الداخلية فضول الباحثين منذ اكتشافها من قبل عالم الزلازل الدنماركي إنجي ليمان في عام 1936، وكانت كيفية تحركها - سرعة دورانها واتجاهها - محور جدل أستمر لعقود. تشير مجموعة متزايدة من الأدلة إلى أن دوران اللب قد تغير بشكل كبير في السنوات الأخيرة، لكن العلماء ظلوا منقسمين حول ما يحدث بالضبط - وما يعنيه ذلك.
ويكمن جزء من المشكلة في أن باطن الأرض العميق يستحيل رصده أو أخذ عينات منه مباشرة. وقد أستخلص علماء الزلازل معلومات عن حركة اللب الداخلي للأرض من خلال فحص سلوك الموجات الصادرة عن الزلازل الكبيرة التي تضرب هذه المنطقة. مكنت الاختلافات بين الموجات ذات القوة المتشابهة التي مرت عبر اللب في أوقات مختلفة العلماء من قياس التغيرات في موضع اللب الداخلي وحساب دورانه.
"وقالت الدكتورة لورين وازك، المحاضرة الأقدم في العلوم الفيزيائية في جامعة جيمس كوك في أستراليا: "تم أقتراح الدوران التفاضلي لللب الداخلي كظاهرة في السبعينيات والثمانينيات، ولكن لم يتم نشر الأدلة الزلزالية حتى التسعينيات.
لكن الباحثين تجادلوا حول كيفية تفسير هذه النتائج، "ويرجع ذلك في المقام الأول إلى التحدي المتمثل في إجراء ملاحظات مفصلة عن اللب الداخلي، بسبب بعده ومحدودية البيانات المتاحة"، كما قالت واززيك. وأضافت أنه نتيجة لذلك، "أختلفت الدراسات التي توالت على مدى السنوات والعقود التالية حول معدل الدوران، وكذلك اتجاهه بالنسبة للوشاح". حتى أن بعض التحليلات اقترحت أن اللب لم يدور على الإطلاق.
وقد وصف أحد النماذج الواعدة التي أقترحت في عام 2023 نواة داخلية كانت تدور في الماضي أسرع من الأرض نفسها، لكنها الآن تدور بشكل أبطأ. وذكر العلماء أنه لفترة من الوقت، كان دوران اللب يتطابق مع دوران الأرض. ثم تباطأ أكثر، حتى أصبح اللب يتحرك إلى الوراء بالنسبة لطبقات السوائل المحيطة به.
في ذلك الوقت، حذر بعض الخبراء من أن هناك حاجة إلى مزيد من البيانات لتعزيز هذا الاستنتاج، والآن قدم فريق آخر من العلماء أدلة جديدة مقنعة لهذه الفرضية حول معدل دوران اللب الداخلي. لا يؤكد البحث الذي نُشر في 12 يونيو في مجلة Nature على تباطؤ اللب فحسب، بل يدعم اقتراح عام 2023 بأن هذا التباطؤ في اللب هو جزء من نمط تباطؤ وتسارع دوران اللب الذي استمر لعقود من الزمن.
كما تؤكد النتائج الجديدة أيضًا أن التغيرات في سرعة الدوران تتبع دورة مدتها 70 عامًا، كما قال المؤلف المشارك في الدراسة الدكتور جون فيدال، أستاذ عميد علوم الأرض في كلية دورنزايف للآداب والفنون والعلوم بجامعة جنوب كاليفورنيا.
"قال فيدال: "لقد كنا نتجادل حول هذا الأمر منذ 20 عامًا، وأعتقد أن هذا الأمر قد حسم الأمر. "أعتقد أننا أنهينا النقاش حول ما إذا كان اللب الداخلي يتحرك، وما هو نمطه خلال العقدين الماضيين."
لكن ليس الجميع مقتنعون بأن المسألة قد حُسمت، وكيف يمكن أن يؤثر تباطؤ اللب الداخلي على كوكبنا لا يزال سؤالاً مفتوحاً - على الرغم من أن بعض الخبراء يقولون إن المجال المغناطيسي للأرض قد يلعب دوراً في ذلك.
الجذب المغناطيسي
مدفونة على عمق حوالي 3220 ميلاً (5180 كيلومتراً) داخل الأرض، ويحيط باللب الداخلي المعدني الصلب لب خارجي معدني سائل. وتتكون النواة الداخلية في الغالب من الحديد والنيكل، وتقدر درجة حرارتها بحوالي 9800 درجة فهرنهايت (5400 درجة مئوية).
يجذب المجال المغناطيسي للأرض هذه الكرة الصلبة من المعدن الساخن، مما يجعلها تدور. وفي الوقت نفسه، تسحب جاذبية وتدفق اللب الخارجي السائل والغطاء الخارجي إلى اللب. وعلى مدى عدة عقود، يتسبب دفع وجذب هذه القوى في حدوث تغيرات في سرعة دوران اللب، كما قال فيدال.
يولد تدافع السائل الغني بالمعادن في اللب الخارجي تيارات كهربائية تعمل على تشغيل المجال المغناطيسي للأرض، الذي يحمي كوكبنا من الإشعاع الشمسي القاتل. وعلى الرغم من أن تأثير اللب الداخلي المباشر على المجال المغناطيسي غير معروف، إلا أن العلماء سبق أن أفادوا في عام 2023 أن اللب البطيء الدوران قد يؤثر على المجال المغناطيسي ويقلل أيضاً من طول اليوم بشكل جزئي.
عندما يحاول العلماء "رؤية" كل ما يدور حول الكوكب، فإنهم يتتبعون بشكل عام نوعين من الموجات الزلزالية: موجات الضغط، أو موجات P، وموجات القص، أو موجات S. تتحرك موجات P عبر جميع أنواع المادة؛ بينما تتحرك موجات S فقط عبر المواد الصلبة أو السوائل شديدة اللزوجة، وفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.
ولاحظ علماء الزلازل في ثمانينيات القرن التاسع عشر أن موجات S الناتجة عن الزلازل لا تمر عبر الأرض بالكامل، ولذلك استنتجوا أن لب الأرض منصهر. لكن بعض موجات P، بعد مرورها عبر لب الأرض، ظهرت في أماكن غير متوقعة - "منطقة الظل" كما سماها ليمان - مما خلق حالات شاذة كان من المستحيل تفسيرها. كان ليمان أول من أقترح أن موجات P الضالة قد تكون تتفاعل مع اللب الداخلي الصلب داخل اللب الخارجي السائل، استنادًا إلى بيانات من زلزال هائل في نيوزيلندا عام 1929.
من خلال تتبع الموجات الزلزالية من الزلازل التي مرت عبر اللب الداخلي للأرض على طول مسارات مماثلة منذ عام 1964، وجد مؤلفو دراسة 2023 أن الدوران يتبع دورة مدتها 70 عامًا. بحلول السبعينيات، كان اللب الداخلي للأرض يدور أسرع قليلاً من الكوكب. ثم تباطأ الدوران حوالي عام 2008، ومن عام 2008 إلى عام 2023 بدأ الدوران في الاتجاه المعاكس قليلاً بالنسبة للوشاح.
دوران اللب المستقبلي
بالنسبة للدراسة الجديدة، راقب فيدال وزملاؤه الموجات الزلزالية الناتجة عن الزلازل في نفس المواقع في أوقات مختلفة. وقد وجدوا 121 مثالاً على حدوث مثل هذه الزلازل بين عامي 1991 و2023 في جزر ساندويتش الجنوبية، وهي أرخبيل من الجزر البركانية في المحيط الأطلسي إلى الشرق من أقصى الطرف الجنوبي لأمريكا الجنوبية. كما نظر الباحثون أيضاً في موجات الصدمة التي أخترقت القلب من التجارب النووية السوفيتية التي أجريت بين عامي 1971 و1974.
وقال فيدال إنه عندما ينقلب اللب، فإن ذلك يؤثر على وقت وصول الموجة. وقد كشفت مقارنة توقيت الإشارات الزلزالية عند ملامستها لللب عن تغيرات في دورانه مع مرور الوقت، مما يؤكد دورة الدوران التي تستمر 70 عاماً. ووفقًا لحسابات الباحثين، فإن اللب على وشك أن يبدأ في التسارع مرة أخرى.
وبالمقارنة مع الدراسات الزلزالية الأخرى لقلب الأرض التي تقيس الزلازل الفردية أثناء مرورها عبر اللب - بغض النظر عن وقت حدوثها - فإن استخدام الزلازل المزدوجة فقط يقلل من كمية البيانات القابلة للاستخدام، "مما يجعل الطريقة أكثر صعوبة"، كما قال وازك. ومع ذلك، فإن القيام بذلك مكّن العلماء أيضًا من قياس التغيرات في دوران اللب بدقة أكبر، وفقًا لفيدال. إذا كان نموذج فريقه صحيحًا، فإن دوران اللب سيبدأ في التسارع مرة أخرى في غضون خمس إلى 10 سنوات تقريبًا.
كما كشفت أجهزة قياس الزلازل أيضاً أن دوران اللب يتباطأ ويتسارع بمعدلات مختلفة خلال دورة السبعين عاماً، "وهو ما يحتاج إلى تفسير"، كما قال فيدال. أحد الاحتمالات هو أن النواة الداخلية المعدنية ليست صلبة كما هو متوقع. وقال إنه إذا تشوهت أثناء دورانها، فقد يؤثر ذلك على تناسق سرعة دورانها.
كما تشير حسابات الفريق أيضاً إلى أن النواة لها معدلات دوران مختلفة للحركة الأمامية والخلفية، وهو ما يضيف "مساهمة مثيرة للاهتمام في الخطاب"، كما قال وازك.
وأضافت أن عمق اللب الداخلي وعدم إمكانية الوصول إليه يعني أن الشكوك لا تزال قائمة. أما فيما يتعلق بما إذا كان النقاش حول دوران اللب قد انتهى حقًا أم لا، قالت وازك: "نحن بحاجة إلى المزيد من البيانات والأدوات المحسنة متعددة التخصصات لمزيد من التحقيق في هذا الأمر".
'مليئة بالإمكانات'
قال فيدال إن التغييرات في دوران اللب - على الرغم من إمكانية تتبعها وقياسها - غير محسوسة بالنسبة للناس على سطح الأرض. عندما يدور اللب بشكل أبطأ، يتسارع الوشاح. هذا التحول يجعل الأرض تدور بشكل أسرع، ويقصر طول اليوم. لكنه قال إن مثل هذه التحولات الدورانية تترجم إلى مجرد أجزاء من الألف من الثانية في طول اليوم.
"من حيث هذا التأثير في عمر الإنسان؟ "لا أستطيع أن أتخيل أنه يعني الكثير."
يدرس العلماء اللب الداخلي لمعرفة كيف تشكل باطن الأرض العميق وكيف يتصل النشاط عبر جميع طبقات الكوكب تحت السطح. وأضاف فيدال أن المنطقة الغامضة حيث يغلف اللب الخارجي السائل اللب الداخلي الصلب مثيرة للاهتمام بشكل خاص. وباعتبارها المكان الذي يلتقي فيه السائل والصلب، فإن هذه الحدود "مليئة بإمكانية النشاط"، مثلها مثل الحدود بين اللب واللب والغطاء والحدود بين الوشاح والقشرة الأرضية.
وقال: "قد يكون لدينا براكين على حدود اللب الداخلي، على سبيل المثال، حيث يلتقي السائل والصلب ويتحركان".
ونظرًا لأن دوران اللب الداخلي يؤثر على الحركة في اللب الخارجي، يُعتقد أن دوران اللب الداخلي يساعد في تشغيل المجال المغناطيسي للأرض، على الرغم من أن هناك حاجة إلى مزيد من البحث لكشف دوره الدقيق. وقال وازيك إنه لا يزال هناك الكثير مما يمكن تعلمه عن البنية الكلية لللب الداخلي.
"ستكون المنهجيات الجديدة والقادمة أساسية للإجابة عن الأسئلة المستمرة حول اللب الداخلي للأرض، بما في ذلك مسألة الدوران."
ميندي وايزبرجر كاتبة علمية ومنتجة إعلامية ظهرت أعمالها في مجلة لايف ساينس ومجلة ساينتفك أمريكان ومجلة هاو إت وركس.
