قد يغيّر قلب الأرض الداخلي شكله

تم الآن تعقب حركة قلب الأرض الداخلي، كجسم صلب جاسئ، على مدار العشرين عامًا الماضية. مع هذه المعرفة، يمكننا مقارنة التسجيلات الزلزالية التي يتم الحصول عليها عندما يعود قلب الأرض إلى نفس الموضع بعد حركته لعدة سنوات. وما يبدو هو أكثر من مجرد تغير الوضع للقلب الداخلي، بل تشوهات تطرأ على الطبقة الخارجية الناعمة له. في هذه المقالة،

معلومات جديدة:

ظهرت ثروة من المعلومات الجديدة حول قلب الأرض الداخلي في الأشهر الأخيرة. لدى العلماء الآن دليل على أن شكل طبقة الكوكب الأعمق يتغير.

1991–2023

هذه هي الفترة الزمنية التي اعتمدت عليها بيانات الزلازل المستخدمة لرصد تغيرات الشكل ودوران القلب الداخلي.

طبقة الأرض الأعمق هي كرة صلبة ساخنة من المعادن محاطة بقلب خارجي معدني سائل. لعقود من الزمن، اشتبه علماء الكواكب في أن القلب الداخلي الصلب يتشوه بمرور الوقت أثناء دورانها. والآن، وجد الباحثون أول دليل على التغيرات التي حدثت على مدار العشرين عامًا الماضية في شكل القلب الداخلي. ظهرت علامات تشوه القلب في موجات زلزالية قوية بما يكفي للوصول إلى مركز الأرض. واستخدم فريق البحث البيانات الزلزالية نفسها لدراسة حديثة لحل جدل طويل حول دوران القلب الداخلي للأرض، فوجدوا أن القلب الداخلي كان يدور أسرع من دوران الأرض نفسها. لكن ابتداءً من عام 2010، تباطأ دورانه، وأصبح يدور إلى الخلف بالنسبة لبقية الكوكب. تعتمد الدراسة الجديدة، التي نشرت في مجلة Nature Geoscience، على هذا الاكتشاف، باستخدام بيانات الزلازل التي تم جمعها من عام 1991 إلى عام 2023. ساعدتهم دراسة سابقة حول دوران القلب في تفسير الاختلافات في ذروة الأمواج الزلزالية، وتحديدها كمؤشرات على تغيّرات في سطح القلب الداخلي.

أهمية الدراسة:

يمكن أن تحمل تغيّرات الشكل في قلب الأرض أدلة حول القوى العميقة داخل الأرض التي تشغل درعنا المغناطيسي، والخطوط غير المرئية للطاقة المغناطيسية التي تحمي كوكبنا من الطقس الشمسي والإشعاعات الكونية القاتلة. تتطور الأرض على نطاق أزمنة جيولوجية طويلة جدًا؛ لذا فإن مراقبة التغييرات على النطاق الزمني السنوي أمر مثير للاهتمام دائمًا، لأنه يعزز فهمنا للديناميات الأساسية الداخلية. وهذه الدراسة تقدم منظورًا جديدًا - تغييرات غير تقليدية - وتضيف بعدًا آخر للمناقشة.

تقريبًا خيال علمي:

من بين جميع طبقات الأرض، فإن القلب الداخلي هو الأكثر عمقًا وغموضًا. هذه الكرة الصلبة المكوّنة من الحديد والنيكل تعادل حوالي 70٪ من حجم القمر، مع نصف قطر يبلغ حوالي 1221 كيلومترًا. تصل درجات الحرارة في القلب الداخلي إلى 5400 درجة سلزيوس، ويمكن أن تصل الضغوط إلى ما يصل إلى 365 جيجاباسكال (GPA)، أي أكثر من 3 ملايين مرة من متوسط الضغط الجوي على سطح الأرض. على الرغم من أن الملاحظة المباشرة للقلب مستحيلة، فإن العلماء يدرسونه من خلال تحليل التغيرات في حجم وشكل الموجات الزلزالية أثناء مرورها عبر القلب.

أرقام توضّح بيئة القلب الداخلي

المؤشر	القيمة	الدلالة
الحجم مقارنة بالقمر	حوالي 70٪	يوضح ضخامة القلب الداخلي رغم بقائه مخفيًا
نصف القطر	1221 كيلومترًا	يحدد الامتداد التقريبي للكرة الصلبة المركزية
درجة الحرارة	5400° سلزيوس	تكشف عن بيئة حرارية شديدة التطرف
الضغط	365 جيجاباسكال	يمثل ضغطًا هائلًا في مركز الكوكب
مقارنة بالضغط الجوي	أكثر من 3 ملايين مرة	تساعد القارئ على تصور الفارق في الشدة

تولّد الزلازل نوعين من الأمواج: الأمواج الأولية، أو الأمواج P، هي الأمواج الأولى التي ينتجها الزلزال، وهي تحرّك الأرض في الاتجاه نفسه الذي تتحرك به الموجة. ثم هناك موجات القص، أو موجات S، وهي أبطأ من موجات P وتحرّك الأرض بشكل عمودي على اتجاه انتشارها. فكرة الدراسة هي أن تغيّرات السعة في نوع من موجات P التي تخترق القلب (ترمّز هذه الموجات موجات PKIKP)، تلمح إلى وجود تشوهات في القلب الداخلي، وبالضبط عند الحدود التي يلتقي فيها القلب الداخلي الصلب مع القلب الخارجي السائل. وهذا يعني أن سطح الكرة الصلبة قد يكون أكثر مرونة مما هو عليه في مستويات أعمق.

قد يبدو تصور ما يحدث على سطح القلب الداخلي من الخيال العلمي؛ فهو مكان يختلف تمامًا عن حياتنا اليومية، مع وجود مقاييس زمنية مختلفة، ومواد مختلفة وقوى لا تصدق. ومع ذلك، يمكن للعلماء النزول إلى هناك (بالمعنى المجازي)، ومعرفة المزيد عن ذلك بمجرد غربلة وتحليل بعض النتائج الحديثة.

حركة مثل الانهيارات الأرضية:

اعتمد الباحثون على تتبع الدوران ثم مقارنة الموجات التي تصل إلى القلب الداخلي من أجل استنتاج ما إذا كان سطحه يتغير فعلًا، وما الشكل المحتمل لهذه التغيرات.

كيف استدل العلماء على تشوه القلب الداخلي

1

جمع الأزواج الزلزالية

حلل العلماء 168 زوجًا من الموجات الزلزالية الناتجة عن زلازل في 42 موقعًا قرب جزر ساندويتش الجنوبية.

2

تحديد حركة الدوران

أعطاهم تتبع سرعة واتجاه دوران القلب الداخلي أساسًا لنمذجة موضعه عبر الزمن.

3

مقارنة موجات PKIKP

بعد معرفة الموضع المتوقع، قارن الباحثون بين الموجات التي وصلت إلى القلب في أزمنة مختلفة.

4

قراءة تغيرات السعة

استُخدمت تغيّرات السعة في هذه الموجات بوصفها مؤشرات على تبدلات في شكل سطح القلب الداخلي.

يمكن بعد ذلك تحديد تغيّرات السعة في تلك الموجات لتشكيل التغييرات في القلب. ولكن ما قد يبدو عليه تشوه القلب الداخلي يصعب تحديده؛ فقد تسير التضاريس صعودًا وهبوطًا، وقد يتجول مثل الانهيارات الأرضية. الشيء الأكثر ترجيحًا هو أن القلب الخارجي يضغط على القلب الداخلي ويحركه قليلًا. وأفاد الباحثون أنه قد يكون هناك المزيد من المواقع المشابهة لم تُكتشف بعد.

المستقبل:

مع دوران القلب الداخلي الصلب للأرض، فإن القلب الخارجي المنصهر يختضّ. تولد تفاعلاتهما طاقة مغناطيسية تحيط بكوكبنا. ولكن القلب الخارجي السائل يتقلص. وشيئًا فشيئًا يأخذ القلب الصلب من المعدن المنصهر. هذا القلب الصلب استغرق مليارات السنين حتى تصلّب، ومن المحتمل أن يستغرق الأمر مليارات السنين الأخرى حتى يتبرّد القلب الخارجي، وحتى يصبح قلب الأرض بالكامل كرة معدنية صلبة. ولكنه سيحدث في النهاية، وسيزول الحقل المغناطيسي الأرضي، الذي يحمينا من الإشعاع الشمسي الضار. ولكن من المحتمل أن يتم ابتلاع الأرض حيث ستتوسع شمسنا إلى عملاق أحمر وتبتلع الكواكب الداخلية للمجموعة الشمسية. حتى ذلك الحين، يجب أن يكون لدى العلماء متسع من الوقت للتحقيق في الأعمال غير المرئية في قلب كوكبنا واكتشاف ما قد يكون الدوران الداخلي للأرض.