کشف ساختارهای مرموز هسته زمین، راز بقای حیات در سیاره ما را برملا می‌کند

در عمق تقریباً ۲۹۰۰ کیلومتری زیر پوسته زمین، قلمرویی ناشناخته و اسرارآمیز وجود دارد که خانه‌ی ساختارهایی عظیم و غیرعادی است. پژوهش‌های جدید نشان می‌دهند این توده‌های سنگی غول‌پیکر که درست بالای هسته فلزی زمین جای گرفته‌اند، نه تنها حاصل نشت‌های شیمیایی بسیار کُند میان هسته و گوشته هستند، بلکه نقشی بنیادین در شکل‌گیری و پایداری حیات بر روی سیاره ما ایفا کرده‌اند. این یافته‌ها، درک ما را از فرایندهای درونی زمین و ارتباط آن با قابلیت سکونت‌پذیری، متحول می‌سازد.

پرده‌برداری از راز «توده‌های کم‌سرعت» در مرز هسته و گوشته زمین

دهه‌هاست که دانشمندان با استفاده از توموگرافی لرزه‌ای، تصویری نسبی از اعماق زمین ترسیم کرده‌اند. این تکنیک با ردیابی امواج زلزله، مناطقی را نشان می‌دهد که سرعت عبور امواج لرزه‌ای در آن‌ها به طرز چشمگیری کاهش می‌یابد. در مرز گوشته و هسته زمین، دو منطقه عظیم شناخته شده‌اند که به «پروونس‌های بزرگ با سرعت برشی پایین (LSRPs)» معروفند و زیر قاره آفریقا و اقیانوس آرام قرار گرفته‌اند. علاوه بر این، لایه‌های فوق‌العاده نازک و «فوق‌کم‌سرعت (ULVZ)» نیز درست در مجاورت هسته زمین شناسایی شده‌اند که حاوی مواد نیمه‌گداخته هستند. این ساختارهای عمیق زمین و پیچیدگی آن‌ها، با مدل‌های پیشین که گوشته اولیه را پس از سرد شدن به صورت لایه‌ای یکپارچه و یکنواخت پیش‌بینی می‌کردند، در تناقض بودند و نیاز به بازنگری در مدل‌های زمین‌شناسی را ضروری می‌ساختند.

نشت‌های شیمیایی آهسته از هسته زمین: مکانیزمی جدید برای درک ساختارهای داخلی

تحقیقات اخیر به رهبری جی دنگ، ژئوشیمیدان دانشگاه پرینستون، بر چگونگی تبادل گرما و عناصر شیمیایی بین هسته زمین فلزی و گوشته سنگی آن در طول ۴.۵ میلیارد سال گذشته تمرکز دارد. این مطالعه با بهره‌گیری از شبیه‌سازی‌های قدرتمند رایانه‌ای و مدل‌سازی ژئودینامیک، فرایند موسوم به «اگزوولوشن» را معرفی می‌کند. در این پدیده، با سرد شدن تدریجی هسته، عناصر سبک‌تر مانند دانه‌های اکسید منیزیم و سیلیسیم به آرامی از آن جدا شده و به سمت گوشته بالایی حرکت می‌کنند. این دانه‌ها در ماگمای عمیق حل شده و لایه‌ای غنی از سیلیسیم و منیزیم ایجاد می‌کنند که محققان آن را «اقیانوس ماگمایی آلوده به اگزوولوشن هسته‌ای (BECMO)» نامیده‌اند. پس از سرد شدن، بقایای جامد BECMO اندکی متراکم‌تر از گوشته اطراف شده و دقیقاً همان توده‌ها و لکه‌های مشاهده‌شده در داده‌های لرزه‌نگاری را تشکیل می‌دهند.

این مدل جدید، شکاف‌های مدل‌های قدیمی‌تر را پر کرده و تصویری منسجم‌تر از ساختارهای عمیق زمین ارائه می‌دهد که نه به لایه‌های غنی از آهن، بلکه به توده‌هایی با چگالی متوسط شبیه به LSRPs و ULVZs منجر می‌شود.

پیوند ساختارهای عمیق زمین با نقاط داغ آتشفشانی و تکامل سیاره

برای درک بهتر دینامیک این توده‌ها، تیم پژوهشی از مدل‌سازی ژئودینامیک استفاده کرد. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که این خوشه‌های متراکم در طول میلیاردها سال به آرامی حرکت می‌کنند، به یکدیگر می‌پیوندند، نازک می‌شوند و در نهایت به شکل توده‌هایی در پایه گوشته درمی‌آیند. نکته قابل توجه این است که این خوشه‌ها با مناطقی که ستون‌های گوشته از آن‌ها سرچشمه می‌گیرند، همخوانی دارند. ستون‌های گوشته، جریان‌های صعودی مواد داغ از عمق زمین هستند که مسئول تغذیه آتشفشان‌های فعال در نقاط داغی مانند هاوایی و ایسلند محسوب می‌شوند. این همبستگی، که توسط پژوهش‌های مستقل نیز تأیید شده است، بر اهمیت این ساختارهای عمیق زمین در کنترل جریان‌های حرارتی و تأثیرگذاری بر پدیده‌های زمین‌شناسی سطحی تأکید می‌کند.

هسته زمین و حیات: چگونه این ساختارها بقای ما را تضمین می‌کنند؟

اهمیت این ساختارهای عمیق زمین فراتر از درک صرفاً زمین‌شناسی است؛ آن‌ها نقشی حیاتی در قابلیت سکونت‌پذیری زمین و پایداری حیات زمین ایفا می‌کنند. توده‌های BECMO با تنظیم نحوه خروج گرما از اعماق زمین، به طور مستقیم بر سرعت سرد شدن هسته زمین و در نتیجه طول عمر میدان مغناطیسی آن تأثیر می‌گذارند.

اهمیت میدان مغناطیسی زمین:

محافظت در برابر بادهای خورشیدی: این میدان از سطح زمین در برابر ذرات باردار پرانرژی ساطع‌شده از خورشید که می‌توانند به اتمسفر آسیب بزنند، محافظت می‌کند.

جلوگیری از فرسایش اتمسفر: بدون یک میدان مغناطیسی قوی، اتمسفر زمین به تدریج توسط بادهای خورشیدی فرسایش می‌یافت و این امر آغاز حیات و بقای آن را در سطح سیاره غیرممکن می‌ساخت.

به گفته یوشینوری میازاکی، استاد دانشگاه راتگرز، «زمین برخلاف همسایگان خود، آب، حیات و جوی پایدار دارد؛ و دلیل این تفاوت احتمالاً در اعماق آن نهفته است.» این ساختارها در واقع "نشان‌های به‌جامانده از ابتدایی‌ترین مراحل تاریخ زمین" هستند که داستان تکامل سیاره ما و حیات زمین را روایت می‌کنند. پژوهش حاضر که در مجله معتبر Nature Geoscience منتشر شده است، نشان می‌دهد که چگونه ترکیب علوم سیاره‌ای، ژئودینامیک و فیزیک مواد معدنی، می‌تواند پازل پیچیده درون زمین را به داستانی یکپارچه از منشأ و پایداری حیات تبدیل کند.

مجله اینترنتی جیجا

مطالب مرتبط

هدیه مومنی

سلام، من هدیه مومنی هستم؛ ۲۹ ساله و عضو تیم تحریریه در مجله اینترنتی جیجا. با علاقه به خبرهای روز و رسانه‌های دیجیتال فعالیت می‌کنم و تلاش دارم محتوایی تازه، دقیق و قابل اعتماد برای مخاطبان ارائه کنم.