أظهرت دراسة جديدة أن اللب الداخلي المكوّن من الحديد الصلب للأرض، ينمو على جانب واحد بشكل أسرع من الآخر لأكثر من 500 مليون عام.
ويقول علماء الزلازل في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، الذين كانوا يحققون في هذه الظاهرة، إنه ينمو بشكل أسرع تحت بحر باندا في إندونيسيا مقارنة بالبرازيل، لكن نمط النمو غير المتكافئ هذا لم يترك اللب غير متوازن.
وعملت الجاذبية على توزيع النمو الجديد بالتساوي، المكون من بلورات الحديد التي تتشكل عندما يبدأ الحديد المنصهر في البرودة، ما يحافظ على لب داخلي كروي.
وقال الفريق إنه على الرغم من أنه لا يترك اللب غير متوازن، فإن معدل النمو غير المتكافئ يشير إلى أن شيئا ما في اللب الخارجي تحت إندونيسيا يزيل الحرارة من اللب الداخلي بمعدل أسرع مما هو عليه تحت البرازيل على الجانب الآخر من الكوكب.
ويقول الباحثون إن هذا الاكتشاف ساعدهم على “إثبات وجود حدود فضفاضة إلى حد ما” لعمر النواة الداخلية، إلى ما بين نصف مليار و1.5 مليار سنة.
ويمكن أن تساعد هذه الحدود الخاصة بعمر النواة الصلبة للأرض، العلماء في معرفة المزيد عن المجال المغناطيسي، الذي يحمينا من الإشعاع الشمسي الضار.
وقالت باربرا رومانوفيتش، المعدة المشاركة في الدراسة: “يمكن أن يساعد في النقاش حول كيفية إنشاء المجال المغناطيسي قبل وجود اللب الداخلي الصلب، نحن نعلم أن المجال المغناطيسي كان موجودا بالفعل منذ 3 مليارات عام، لذلك يجب أن تكون العمليات الأخرى دفعت الحمل الحراري في اللب الخارجي في ذلك الوقت”.
وقد يعني صغر عمر اللب الداخلي، في وقت مبكر من تاريخ الأرض، أن حرارة غليان قلب السائل جاءت من عناصر خفيفة تنفصل عن الحديد، وليس من تبلور الحديد، الذي نراه اليوم.
وقال دانيال فروست، مساعد عالم المشروع: “استمر الجدل حول عمر النواة الداخلية لفترة طويلة. والتعقيد هو: إذا كان اللب الداخلي قادرا على الوجود فقط لمدة 1.5 مليار سنة، بناء على ما نعرفه عن كيفية فقده للحرارة ومدى سخونته، فمن أين أتى المجال المغناطيسي الأقدم؟، هذا هو المكان الذي جاءت منه فكرة عناصر الضوء المذابة التي تتجمد بعد ذلك”.
ويوضح فروست أن النمو غير المتماثل لللب الداخلي، الذي ينمو بمعدلات مختلفة على كل جانب من جوانب الكوكب، يفسر لغزا عمره ثلاثة عقود.
ويكمن اللغز في أن الحديد المتبلور في اللب يبدو أنه من المرجح أن يكون محاذيا للغرب من شرق محور دوران الأرض.
ويقول الفريق إن العلماء يتوقعون أن تكون البلورات موجهة بشكل عشوائي بدلاً من جعلها تفضل جانبا واحدا من الكوكب على الجانب الآخر.
وفي محاولة لشرح الملاحظات، ابتكروا نموذجا حاسوبيا لنمو البلورات في اللب الداخلي.
وتضمن نموذجهم النمو الجيوديناميكي، وكيف تتشوه المواد على الأرض وتتشكل، والفيزياء المعدنية للحديد عند الضغط العالي ودرجة الحرارة المرتفعة.
ويبدو الجانب الغربي مختلفا عن الجانب الشرقي على طول الطريق إلى المركز، وليس فقط في الجزء العلوي من اللب الداخلي، كما اقترح البعض.
ويصف النموذج كيف يمكن للنمو غير المتماثل – أعلى بحوالي 60% في الشرق من الغرب – أن يوجه بشكل تفضيلي بلورات الحديد على طول محور الدوران، مع محاذاة أكبر في الغرب منها في الشرق.
ويتكون باطن الأرض من طبقات مثل شرائح البصل، حيث يبلغ نصف قطر اللب الداخلي الصلب من الحديد والنيكل 745 ميلا، أو حوالي ثلاثة أرباع حجم القمر، وتحيط به نواة خارجية سائلة من الحديد والنيكل المنصهر بسمك حوالي 1500 ميل. واللب الخارجي محاط بغطاء من الصخور الساخنة بسمك 1800 ميل وتغطيها قشرة صخرية رقيقة وباردة على السطح.
ويحدث الحمل الحراري في كل من اللب الخارجي، الذي يغلي ببطء مع خروج الحرارة من الحديد المتبلور من اللب الداخلي، وفي الوشاح، حيث تتحرك الصخور الأكثر سخونة إلى أعلى لتحمل هذه الحرارة من مركز الكوكب إلى السطح.
وتنتج حركة الغليان القوية في اللب الخارجي المجال المغناطيسي للأرض.
ووفقا لنموذج فروست الحاسوبي، مع نمو بلورات الحديد، تعيد الجاذبية توزيع النمو الزائد في الشرق باتجاه الغرب داخل اللب الداخلي.
ووجدوا أن حركة البلورات في اللب الداخلي، بالقرب من نقطة انصهار الحديد، تعمل على محاذاة الشبكة البلورية مع محور دوران الأرض – ما يؤدي إلى الغرب أكثر من الشرق.
ويتنبأ النموذج بشكل صحيح بملاحظات الباحثين الجديدة حول أوقات انتقال الموجات الزلزالية عبر اللب الداخلي.
وقال فروست إن نموذج نمو اللب الداخلي يوفر أيضا حدودا لنسبة النيكل إلى الحديد في مركز الأرض. ويوضح النموذج أيضا للجيولوجيين مدى لزوجة اللب الداخلي أو السوائل.