ساختار درونی زمین، به‌ویژه هسته کروی داخلی آن، نسل‌های متعددی از دانشمندان را شگفت‌زده کرده است. این هسته در عمق بیش از ۳۰۰۰ مایلی از سطح زمین قرار دارد و اگرچه از ماه کوچک‌تر است، اما به اندازه‌ای عظیم است که نقشی کلیدی در میدان مغناطیسی زمین ایفا کند.
تغییرات چرخش هسته داخلی زمین
مطالعه‌ای که اخیراً در مجله Nature Geoscience منتشر شده، نشان می‌دهد که از حدود سال ۲۰۱۰، سرعت چرخش هسته داخلی زمین کاهش یافته است.
به بیان ساده‌تر، هسته داخلی در مقایسه با سطح زمین، روندی معکوس را آغاز کرده است. این کشف باعث بحث‌های جدیدی در مورد رفتار درونی زمین در طول زمان شده است.
دانشمندان با استفاده از سیگنال‌های زلزله در سراسر قاره‌ها، هسته داخلی زمین را بررسی کرده‌اند. این هسته توسط یک لایه فلز مایع احاطه شده است و تغییرات ساختاری آن سؤالات جدیدی را ایجاد کرده است.
پس از دو دهه بحث و بررسی، پژوهشگران اکنون با اطمینان بیشتری این تغییرات را به کاهش سرعت واقعی هسته نسبت می‌دهند، نه صرفاً یک پدیده فرضی.
جان ویدال، استاد زمین‌شناسی در کالج USC Dornsife، به همراه وی وانگ از آکادمی علوم چین روی این پروژه کار کرده‌اند.
لایه‌های درونی زمین
ساختار درونی زمین شامل چندین لایه است:
- پوسته
- گوشته
- هسته خارجی مایع
- هسته داخلی جامد
محققان بسیاری تلاش کرده‌اند تا نحوه حرکت هسته داخلی را نسبت به گوشته و پوسته بررسی کنند.
برخی مطالعات نشان داده‌اند که هسته داخلی زمانی سریع‌تر از سایر بخش‌های زمین می‌چرخیده است، در حالی که برخی دیگر نشان می‌دهند که این چرخش ممکن است در حال کاهش باشد.
داده‌های جدید نشان‌دهنده “شواهد غیرقابل انکار” از کاهش سرعت این چرخش از سال ۲۰۱۰ است، به طوری که اکنون سرعت آن اندکی کمتر از سرعت سطح زمین است.
ویدال توضیح داد:
“وقتی برای اولین بار سیگنال‌های لرزه‌ای را مشاهده کردم که نشان‌دهنده این تغییر بودند، شگفت‌زده شدم. اما وقتی بیش از ۲۴ مشاهده دیگر هم همین الگو را نشان دادند، دیگر نتیجه غیرقابل انکار بود.”
وی افزود:
“هسته داخلی زمین برای اولین بار در چندین دهه گذشته کند شده است. دانشمندان دیگر نیز اخیراً مدل‌های مشابه و متفاوتی را پیشنهاد داده‌اند، اما مطالعه جدید ما متقاعدکننده‌ترین نتیجه را ارائه می‌دهد.”
استفاده از زلزله‌ها و آزمایش‌های هسته‌ای برای تحلیل تغییرات هسته زمین
محققان برای بررسی اعماق زمین از امواج لرزه‌ای ناشی از زلزله‌ها استفاده می‌کنند. این امواج هنگام عبور از هسته داخلی، اطلاعات دقیقی درباره حرکت و شکل آن ارائه می‌دهند.
در این تحقیق، تیم پژوهشی داده‌های ۱۲۱ زلزله تکرارشونده را که بین سال‌های ۱۹۹۱ تا ۲۰۲۳ در نزدیکی جزایر South Sandwich رخ داده بودند، تجزیه‌وتحلیل کردند.
علاوه بر این، از اطلاعات آزمایش‌های هسته‌ای شوروی که بین سال‌های ۱۹۷۱ تا ۱۹۷۴ انجام شد و همچنین آزمایش‌های هسته‌ای مکرر فرانسه و آمریکا نیز استفاده شد.
ویدال این تغییرات را به دو عامل عمده نسبت می‌دهد:
۱. جریان آهن مایع در هسته خارجی که میدان مغناطیسی زمین را تولید می‌کند.
۲. نیروهای گرانشی ناشی از مناطق متراکم در گوشته صخره‌ای بالایی.
پژوهشگران معتقدند که این نیروها می‌توانند طول روز را اندکی تغییر دهند، اما این تغییر در حد هزارم ثانیه است و در میان نویزهای ناشی از جریان‌های اقیانوسی و جوی گم می‌شود.
هسته داخلی زمین در حال “حرکت معکوس” است
برخی تحقیقات پیشین نشان داده بودند که هسته داخلی ممکن است در حال تغییر جهت باشد. نتایج جدید، این نظریه را تقویت کرده و نشان می‌دهد که چرخش هسته داخلی کند شده و حتی ممکن است در مقایسه با لایه‌های بیرونی زمین، جهت خود را تغییر داده باشد.
ویدال توضیح داد که هدف اولیه پروژه تعریف ساختار فیزیکی هسته داخلی نبوده است، اما این تحقیق به نتایج گسترده‌تری منجر شده است.
او گفت:
“چیزی که در نهایت کشف کردیم، شواهدی مبنی بر تغییر ساختاری در سطح نزدیک به هسته داخلی زمین است.”
حرکت لایه‌های زیرزمینی ممکن است برخی نوسانات جزئی در طول روز را توضیح دهد، اما این تغییرات آن‌قدر جزئی هستند که اکثر مردم آن را احساس نمی‌کنند.
شواهد جدید از لرزه‌نگاری‌ها
ویدال گفت:
“اما وقتی داده‌های چندین دهه زلزله را بررسی می‌کردم، یک مجموعه از امواج لرزه‌ای به طور غیرمعمولی متفاوت از بقیه بود.”
او و همکارانش الگوهای امواج را از ایستگاه‌های رصدی در مکان‌هایی مانند فربنکس، آلاسکا و یلونایف، کانادا تحلیل کردند.
او گفت:
“در ابتدا این داده‌ها مرا سردرگم کرد.”
تکنیک‌های مدرن تصویربرداری نشان داده‌اند که مرز هسته داخلی ممکن است به دلیل تغییرات چسبندگی و دگرگونی تدریجی، شکل خود را تغییر دهد.
وی افزود:
“آنچه ما در این مطالعه برای اولین بار مشاهده کردیم، احتمالاً تأثیر هسته خارجی بر هسته داخلی است.”
هسته داخلی برخلاف یک توپ جامد ثابت، به نظر می‌رسد که به طور دوره‌ای تغییر می‌کند و اکنون ابزارهای لرزه‌ای پیشرفته توانایی ثبت این تغییرات را دارند.
چرا هسته داخلی زمین مهم است؟
محققان دانشگاه USC قصد دارند در سال‌های آینده الگوهای حرکت هسته داخلی را دقیق‌تر ردیابی کنند. آن‌ها می‌خواهند سیگنال‌های ضعیفی را که نشان می‌دهند چگونه شکل هسته داخلی تغییر می‌کند، شناسایی کنند.
این مطالعه می‌تواند تصویری شفاف‌تر از نیروهای اساسی پشت این حرکات معکوس ارائه دهد و همچنین تعاملاتی که ممکن است مرزهای هسته داخلی را تنظیم کنند، مشخص کند.
اگرچه معمولاً از هسته داخلی زمین به عنوان یک ساختار ثابت و جامد یاد می‌شود، اما مشاهدات جدید نشان می‌دهند که این بخش از زمین بسیار پویاتر از آن چیزی است که تصور می‌شد.
دانشمندان بر این باورند که بررسی امواج لرزه‌ای زلزله‌های آینده، می‌تواند اطلاعات بیشتری درباره تغییرات در مرکز زمین ارائه دهد.
ویدال گفت:
“تمرکز ما روی نقشه‌برداری از این حرکات است تا درک کنیم چه عواملی باعث تغییر سرعت و شکل هسته داخلی می‌شوند.”
یافته‌های جدید، بحث‌های علمی درباره مکانیک زمین را گسترش داده‌اند. عواملی مانند تغییرات مغناطیسی و اختلافات دمایی ممکن است به سرعت هسته داخلی مرتبط باشند.
اگرچه مرکز زمین همچنان دور از دسترس انسان است، اما این تحقیقات نشان می‌دهند که این منطقه بسیار فعال‌تر از آن چیزی است که قبلاً تصور می‌شد.
