تغيرات غامضة في لب الأرض تكشف أسرار جديدة

تغير شكل النواة الداخلية للأرض： اكتشافات جديدة

إن العلماء الذين أكدوا قبل أشهر فقط أن اللب الداخلي للأرض قد عكس دورانه مؤخرًا، قد كشفوا جديدًا عن أعمق أسرار كوكبنا - فقد حددوا التغيرات التي طرأت على شكل اللب الداخلي.

ما هي النواة الداخلية للأرض؟

إن الطبقة الداخلية للأرض عبارة عن كرة ساخنة صلبة من المعدن تحيط بها نواة خارجية من المعدن السائل. ولعقود من الزمن، كان علماء الكواكب يشتبهون في أن النواة الداخلية الصلبة تتشوه بمرور الوقت أثناء دورانها. والآن، وجد الباحثون أول دليل على حدوث تغيرات على مدى السنوات العشرين الماضية في شكل النواة الداخلية. ظهرت علامات على تشوه اللب في موجات من الزلازل التي كانت قوية بما يكفي للوصول إلى مركز الأرض.

دوران النواة الداخلية： حقائق جديدة

واستخدم فريق البحث بيانات الزلازل نفسها في دراسة أجريت عام 2024 لحسم جدل طويل الأمد حول دوران اللب الداخلي. ووجدوا أن اللب الداخلي كان يدور أسرع من الأرض نفسها. ولكن بدءاً من عام 2010 تقريباً، تباطأ دوران اللب الداخلي الصلب. وهي الآن تدور إلى الوراء، بالنسبة لبقية الكوكب.

استخدام بيانات الزلازل في البحث

وتعتمد دراستهم الجديدة، التي نُشرت يوم الاثنين في مجلة Nature Geoscience، على هذا الاكتشاف، باستخدام بيانات الزلازل التي تم جمعها من عام 1991 إلى عام 2023. قال الدكتور جون فيدال، المؤلف المشارك في الدراسة السابقة والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة، إن عمل العلماء السابق على دوران اللب ساعدهم في تفسير الاختلافات في ارتفاع الموجات الزلزالية، وتحديدها كمؤشرات على التغيرات التي تطرأ على سطح اللب الداخلي.

تأثير التغيرات على القوى العميقة داخل الأرض

وقال فيدال، أستاذ عميد كلية علوم الأرض في كلية دورنزايف للآداب والفنون والعلوم بجامعة جنوب كاليفورنيا : "يمكننا مقارنة الإشارات التي نراها عند عودة اللب الداخلي إلى نفس الوضع الذي كان عليه في وقت آخر ونرى ما إذا كانت هناك اختلافات لا يمكن تفسيرها بالدوران". وذكر الباحثون أن تغيرات الشكل في اللب يمكن أن تحمل أدلة حول القوى العميقة داخل الأرض التي تشغل غلافنا المغناطيسي، وهي الخطوط غير المرئية للطاقة المغناطيسية التي تحمي كوكبنا من الطقس الشمسي والإشعاع القاتل.

مقارنة التغيرات في دوران اللب الداخلي

قال الدكتور يوشي ميازاكي، الأستاذ المشارك في قسم علوم الأرض والكواكب في جامعة روتجرز في نيوجيرسي: "تتطور الأرض على مقياس زمني جيولوجي، لذا فإن مراقبة التغيرات على مقياس زمني سنوي أمر مثير للاهتمام دائمًا، لأنه يعزز فهمنا لديناميكيات اللب الداخلي".

الخصائص الفريدة للنواة الداخلية

"لقد ناقشت الدراسات السابقة بالفعل كيفية تغير دوران اللب الداخلي خلال العقد الماضي، وتقدم هذه الدراسة منظورًا جديدًا - التغيرات غير الدورانية - مما يضيف بعدًا آخر للمناقشة. وأعتقد أن هذا سيزيد من تأجيج هذه المناقشات"، قال ميازاكي، الذي لم يشارك في البحث الجديد، في رسالة بالبريد الإلكتروني.

من بين جميع طبقات الأرض، فإن النواة الداخلية هي الأكثر بعداً وغموضاً. يبلغ حجم هذه الكرة الصلبة من الحديد والنيكل حوالي 70% من حجم القمر، ويبلغ نصف قطرها حوالي 759 ميلاً (1,221 كيلومتراً).

وتصل درجات الحرارة في اللب الداخلي إلى 9800 درجة فهرنهايت (5400 درجة مئوية)، ويمكن أن تصل الضغوط في اللب الداخلي إلى 365 جيجا باسكال (GPa) - أي أكثر من 3 ملايين مرة أكبر من متوسط الضغط الجوي للأرض على الأرض. وفي حين أن المراقبة المباشرة للب أمر مستحيل، إلا أن العلماء يدرسونه من خلال تحليل التغيرات في حجم وشكل الموجات الزلزالية أثناء مرورها عبر اللب.

تولد الزلازل نوعين من الموجات. الموجات الأولية، أو موجات P، وهي الموجات الأولى التي ينتجها الزلزال، وتحرك الأرض في نفس الاتجاه الذي تتحرك فيه الموجة. أما موجات القص، أو موجات S، فهي أبطأ من موجات P وتحرك الأرض عموديًا على اتجاه الموجة.

وقد أشارت التغيرات في سعة نوع من الموجات P التي تخترق اللب - موجات PKIKP - إلى حدوث تشوهات في المستوى الأكثر ضحالة في اللب الداخلي، وفقًا للدراسة الجديدة. عند الحدود التي يلتقي فيها اللب الداخلي الصلب مع سائل اللب الخارجي، قد يكون سطح الكرة أكثر مرونة مما هو عليه في المستويات الأعمق.

التصورات العلمية حول شكل اللب الداخلي

يقول فيدال: "يكاد يكون من الخيال العلمي تصور ما يحدث على سطح اللب الداخلي". "إنه مكان مختلف تمامًا عن حياتنا اليومية، بمقاييس زمنية مختلفة ومواد مختلفة وقوى لا تصدق. ومع ذلك، يمكننا النزول إلى هناك ومعرفة المزيد عنه من خلال غربلة بعض الملاحظات الأخيرة."

حلل العلماء 168 موجة مقترنة من الزلازل في 42 موقعاً بالقرب من جزر ساندويتش الجنوبية، وهي سلسلة من الجزر البركانية في جنوب المحيط الأطلسي. وأتاح تتبع سرعة واتجاه دوران اللب للباحثين طريقة لاكتشاف التغيرات في شكل اللب. وبمجرد معرفتهم لسرعة دوران اللب، تمكنوا من نمذجة موقعه ومن ثم مقارنة موجات PKIKP المختلفة التي وصلت إلى اللب أثناء دورانه في نفس البقعة.

ويمكن بعد ذلك إسناد تغيرات السعة في تلك الموجات المزدوجة إلى تغيرات في شكل اللب، بدلاً من تغيرات الدوران، وفقاً للدراسة. ومع ذلك، من الصعب تحديد شكل هذا التشوه في اللب الداخلي.

"ربما تتحرك التضاريس صعودًا وهبوطًا. ربما تنزلق مثل الانهيارات الأرضية". "الشيء الأكثر احتمالاً هو أن اللب الخارجي يضغط على اللب الداخلي ويحركه قليلاً."

بينما أظهر موقع واحد فقط من اللب الداخلي علامات تشوه بين عامي 2004 و 2008، قد يكون هناك المزيد من المواقع التي لم يتم اكتشافها بعد، حسبما أفاد الباحثون.

وقال فيدال: "من الصعب معرفة ما إذا كنا ننظر إلى موقع شاذ أو موقع طبيعي". "لكن أحد التخمينات هو أن قدراً ما من التشوه يحدث في كثير من الأماكن إلى حد ما."

بينما يدور اللب الداخلي الصلب للأرض، فإن اللب الخارجي المنصهر يتمخض ويضطرب. وتولّد تفاعلاتهما طاقة مغناطيسية تتدفق لتطوق كوكبنا في الغلاف المغناطيسي. لكن اللب الخارجي السائل يتقلص. قال فيدال إن اللب الداخلي يمتص المعدن المنصهر من اللب السائل المحيط به مليمترًا بعد مليمتر. وأضاف أن الأمر استغرق على الأرجح مليارات السنين حتى تبرد النواة الداخلية وتتصلب، وعلى مدى المليارات القليلة القادمة ستستمر النواة الداخلية في البرودة، حيث ترشف قطرات من المعدن السائل من النواة الخارجية، حتى تصبح نواة الأرض بأكملها كرة معدنية صلبة.

وقال فيدال: "سيؤدي ذلك إلى قتل المجال المغناطيسي". "لن يكون هناك حديد متحرك في الأسفل بعد الآن."

ومع ذلك، فإن مثل هذا الحدث سيكون بعد مليارات السنين في مستقبلنا. وقبل أن يحدث ذلك، من المرجح أن يتم طمس الأرض مع توسع شمسنا إلى عملاق أحمر وابتلاع الكواكب الداخلية للنظام الشمسي، كما قال فيدال. وحتى ذلك الحين، يجب أن يكون لدى العلماء متسع من الوقت لاستكشاف الأعمال غير المرئية في قلب كوكبنا واكتشاف ما قد يخبئه دوران الأرض الداخلي وتماوجها وتغير شكلها لكوكبنا.

قال ميازاكي: "فيما يتعلق بالتأثير على الحياة، كما هو مذكور في مقدمة الورقة، يلعب نمو اللب الداخلي دورًا حاسمًا في توليد المجال المغناطيسي للأرض، الذي يحمينا من الإشعاع الشمسي الضار". وأضاف: "في حين أن العلاقة المباشرة بين الحياة على سطح الأرض وحدود اللب الداخلي والخارجي لا تزال بعيدة، إلا أن ما يحدث في اللب الداخلي والخارجي لا يزال له بعض الآثار على تطور الأرض على المدى الطويل."