در اعماق زمین، در قلب سیاره ما، اتفاق غیرمنتظره‌ای در حال رخ دادن است. دانشمندان کشف کرده‌اند که هسته‌ی داخلی زمین، کره‌ای جامد از آهن و نیکل به اندازه تقریبی ماه، در حال کند شدن است.
این کشف فرضیات قبلی درباره رفتار هسته‌ی داخلی را به چالش می‌کشد و سوالات جالبی را در مورد تأثیر آن بر سیاره ما مطرح می‌کند.
پایان یک بحث ۲۰ ساله
حرکت هسته‌ی داخلی موضوع بحث علمی برای بیش از دو دهه بوده است. در حالی که برخی تحقیقات نشان می‌دادند که هسته‌ی داخلی سریع‌تر از سطح زمین می‌چرخد، مطالعه جدید دانشگاه کالیفرنیای جنوبی (USC) شواهد غیرقابل انکاری برخلاف این نظریه ارائه می‌دهد.
به گفته جان ویدال، استاد علوم زمین در کالج دورنسایف دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، هسته‌ی داخلی از حدود سال ۲۰۱۰ شروع به کاهش سرعت کرد و برای اولین بار در حدود ۴۰ سال با سرعت کمتری نسبت به سطح زمین حرکت کرد.
ویدال اعتراف می‌کند: «وقتی اولین بار لرزه‌نگارهایی را دیدم که به این تغییر اشاره می‌کردند، گیج شده بودم. اما وقتی دو دوجین مشاهده دیگر را یافتیم که همان الگو را نشان می‌دادند، نتیجه‌گیری غیرقابل اجتناب بود. هسته‌ی داخلی برای اولین بار در چند دهه اخیر کند شده بود.»
ترکیب هسته‌ی داخلی زمین
شرایط فشار و دمای بسیار زیاد در مرکز زمین باعث می‌شود که فلزات آهن و نیکل که هسته را تشکیل می‌دهند به گونه‌ای خاص رفتار کنند و با وجود دمای بسیار بالا، هسته‌ای جامد را تشکیل دهند.
تراکم هسته‌ی داخلی حدود ۱۲.۸ تا ۱۳.۱ گرم در هر سانتی‌متر مکعب تخمین زده می‌شود که کمی کمتر از تراکم آهن خالص در سطح زمین است.
این تفاوت در تراکم نشان می‌دهد که هسته‌ی داخلی ممکن است علاوه بر آهن و نیکل، عناصر سبک‌تری مانند گوگرد، اکسیژن یا سیلیکون نیز داشته باشد.
میدان مغناطیسی زمین توسط حرکت آهن مایع در هسته‌ی خارجی که هسته‌ی داخلی جامد را احاطه کرده است، ایجاد می‌شود. این فرآیند که به آن ژئودینامو گفته می‌شود، توسط جریان‌های همرفتی در هسته‌ی خارجی و چرخش زمین به حرکت درمی‌آید. هسته‌ی داخلی نقش حیاتی در تثبیت و حفظ میدان مغناطیسی دارد.
امواج لرزه‌ای و ساختار پیچیده
امواج لرزه‌ای که از هسته‌ی داخلی عبور می‌کنند، ویژگی‌ای به نام ناهمسانگردی نشان می‌دهند، به این معنی که بسته به جهت حرکت‌شان با سرعت‌های مختلف حرکت می‌کنند. این ناهمسانگردی نشان می‌دهد که هسته‌ی داخلی ساختاری پیچیده دارد، احتمالاً با کریستال‌های آهن هم‌راستا یا لایه‌بندی.
دانشمندان معتقدند که هسته‌ی داخلی به تدریج با گذشت زمان و خنک شدن زمین و جامد شدن هسته‌ی خارجی بزرگ‌تر می‌شود. این فرآیند رشد با نرخی حدود ۰.۵ تا ۱ میلی‌متر در سال تخمین زده می‌شود که سن هسته‌ی داخلی را تقریباً ۱ تا ۱.۵ میلیارد سال تعیین می‌کند.
زلزله‌های تکراری و امواج لرزه‌ای
برای تعیین کند شدن هسته‌ی داخلی زمین، تیم ویدال از یک روش جدید استفاده کردند. روش آن‌ها بر تحلیل داده‌های لرزه‌ای جمع‌آوری شده از ۱۲۱ زلزله تکراری نزدیک به جزایر ساندویچ جنوبی بین سال‌های ۱۹۹۱ تا ۲۰۲۳ تمرکز داشت.
این زلزله‌های تکراری که از یک مکان منشاء می‌گیرند و الگوهای امواج لرزه‌ای یکسانی تولید می‌کنند، پایه‌ی ثابت برای مطالعه داخلی زمین را فراهم می‌کنند.
علاوه بر این، تیم از داده‌های تاریخی آزمایش‌های هسته‌ای شوروی (۱۹۷۱-۱۹۷۴) و آزمایش‌های تکراری فرانسوی و آمریکایی استفاده کرد.
با مقایسه امواج لرزه‌ای تولید شده توسط این رویدادها در طول زمان، آن‌ها توانستند تغییرات ظریف در مدت زمان حرکت امواج در زمین را تشخیص دهند.
این تغییرات در زمان حرکت امواج به عنوان شاخص‌هایی برای الگوهای چرخش متغیر هسته‌ی داخلی عمل کردند و در نهایت به کشف کند شدن آن منجر شدند.
دو عامل احتمالی
علت دقیق کند شدن هسته‌ی داخلی هنوز مشخص نیست، اما ویدال دو عامل اصلی را پیشنهاد می‌کند.
اول، حرکت آشفتگی‌آمیز آهن مایع در هسته‌ی خارجی که مسئول ایجاد میدان مغناطیسی زمین است، ممکن است نیروی کششی بر هسته‌ی داخلی وارد کرده و چرخش آن را کند کند.
دوم، تعاملات گرانشی با مناطق متراکم‌تر در گوشته سنگی بالای هسته‌ی خارجی ممکن است هسته‌ی داخلی را کشیده و به کاهش سرعت آن کمک کند.
این تعاملات پیچیده در اعماق زمین نشان‌دهنده طبیعت به‌هم‌پیوسته سیستم‌های سیاره ما است.
چرخش هسته‌ی داخلی تنها نیست، بلکه تحت تأثیر تعاملات پیچیده نیروهای درونی زمین قرار دارد.
اثرات سطحی
اثرات این تغییر در حرکت هسته‌ی داخلی برای سطح زمین هنوز موضوع حدس و گمان است. ویدال اشاره می‌کند که بازگشت هسته‌ی داخلی ممکن است طول روز را به اندازه کسری از ثانیه تغییر دهد.
ویدال می‌افزاید: «این تغییر بسیار سخت قابل توجه است، در حد هزارم ثانیه، که تقریباً در نوفه اقیانوس‌ها و جو زمین گم می‌شود.»
اگرچه اثرات فوری ممکن است جزئی باشند، این کشف راه جدیدی برای تحقیقات باز می‌کند و درک عمیق‌تری از فرآیندهای پیچیده‌ای که شکل‌دهنده سیاره ما هستند، ارائه می‌دهد.
تحقیق بیشتر در مورد هسته داخلی زمین
دانشمندان USC مشتاق به ادامه تحقیقات خود و ردیابی مسیر هسته‌ی داخلی با جزئیات بیشتر هستند.
با کشف رازهای قلب زمین، آن‌ها امیدوارند به پیچیدگی تعاملات نیروها که تکامل سیاره ما را به حرکت درمی‌آورند، پی ببرند.
ویدال نتیجه می‌گیرد: «رقص هسته‌ی داخلی ممکن است حتی پرجنب‌وجوش‌تر از آنچه که تا کنون می‌دانیم باشد.»
این کشف جدید یادآور می‌شود که حتی بخش‌های به ظاهر جامد و تغییرناپذیر دنیای ما در حرکت مداوم هستند، تحت تأثیر شبکه پیچیده‌ای از تعاملات که ما تنها شروع به درک آن‌ها کرده‌ایم.
این مطالعه در مجله Nature منتشر شده است.
