درجة حرارتها مماثلة لدرجة الحرارة على سطح الشمس.. ما الذي نعرفه عن نواة الأرض؟

يصب العلماء جل اهتمامهم باستمرار على كشف أسرار باطن الأرض، وقد كشفت آخر الدراسات عن وجود كرة صلبة مستعرة من الحديد والنيكل قطرها 1350 كيلومتراً في باطن الأرض، لم نكن نعلم بوجودها، لكن ما الذي نعرفه حالياً عما يوجد في باطن كوكبنا الأزرق؟ 

مم تتكون الأرض؟

وفقاً لما ذكره موقع Space، فإنه يمكن تصنيف طبقات الأرض وفقاً للتركيب الكيميائي (مم تتكون تلك الطبقات؟)، أو وفقاً للخواص الميكانيكية (قوة الصخور ومرونتها).

وتبعاً لهذين التصنيفين نستطيع أن نقول إن طبقات الأرض هي كالتالي: 

الطبقات القائمة على التركيب الكيميائي هي اللب والغطاء والقشرة، أما وفقاً للخصائص الميكانيكية، فإن طبقات الأرض هي الغلاف الصخري والغلاف الموري والوشاح السفلي (المعروف أيضاً باسم عباءة الغلاف الجوي) واللب الخارجي واللب الداخلي، وفقاً لموقع Phys.

النواة الداخلية للأرض

يوجد قلب داخلي صلب من الحديد في مركز الأرض، يبلغ نصف قطر النواة الساخنة الكثيفة نحو 759 ميلاً(1.221 كيلومتراً) ويبلغ ضغطها نحو 3.6 مليون ضغط جوي.

تكون درجات الحرارة في اللب الداخلي مماثلة لتلك الموجودة على سطح الشمس (نحو 9392 درجة فهرنهايت أو 5200 درجة مئوية)، أي إنها ساخنة بدرجة كافية لإذابة الحديد، لكن الضغط الهائل من بقية الكوكب يحافظ على اللب الداخلي صلباً، بحسب ما ذكرته شبكة National Geographic.

مع وجود كرة عملاقة من المعدن الصلب في قلبها، فإن كل الأرض مغناطيسية، إذ يعتقد العلماء وفقاً لما ذكره موقع Wonderopolis، أن المجال المغناطيسي القوي للأرض يتحكم فيه اللب الخارجي السائل، يحمينا المجال المغناطيسي للأرض من جميع أنواع الجسيمات المشحونة التي تطفو حول النظام الشمسي ، وضمن ذلك العديد من أشعة الشمس الضارة .

العوامل الرئيسية المساهمة في حرارة اللب الداخلي هي تحلل العناصر المشعة مثل اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم في قشرة الأرض وغطائها، والحرارة المتبقية من تكوين الكواكب، والحرارة المنبعثة من تصلب اللب الخارجي.

يدور اللب الداخلي للأرض في اتجاه سطح الكوكب نفسه لكنه يدور بشكل أسرع قليلاً، ويكمل دورة واحدة إضافية كل 1000 عام أو نحو ذلك.

هل توقف لب الأرض عن الدوران حديثاً؟

وقد كشفت دراسة حديثة، حسب الموجات الزلزالية التي تمر عبر طبقات الأرض المختلفة، أن اللب الداخلي لكوكب الأرض ربما توقف عن الدوران خلال العقد الماضي، وقد يكون دورانه في طور الانعكاس في الوقت الحالي، بمعدل أبطأ من دوران الكوكب نفسه، ما قد يُحدث تأثيراً على الأرض، لكنه لا يشكل أي نوع من الخطر.

إذ تشير الدراسة التي نشرتها مؤخراً مجلة "Nature Geoscience"، وفحصت عدة عقود من البيانات بحثاً عن أنماط في دوران النواة الداخلية للأرض، إلى أن اللب الداخلي توقف عن الدوران، مقارنة بحركة المواد السائلة داخل طبقة الوشاح الأرضي، بين عامي 2009 و2020، ليصبح بعد ذلك دوران لب الأرض متجهاً إلى الخلف.

حركة نواة الأرض وعلاقتها بالموجات الزلزالية

وفقاً لما ذكره موقع "Space"، يستخدم العلماء تقنية خاصة لتصوير الهياكل الداخلية للأرض، شبيهة بتقنية التصوير بالموجات فوق الصوتية التي يستعملها الأطباء، ولكن بدلاً منها، يستخدم علماء الجيولوجيا الموجات الزلزالية، وهي الموجات الصوتية التي تنتجها الزلازل.

إذ يمكن على سطح الأرض، رؤية الأوساخ والرمل والعشب والأرصفة مثلاً، وتكشف الاهتزازات الزلزالية ما أدناه من الصخور الكبيرة والصغيرة، هذا كله جزء من القشرة التي قد تنخفض لمسافة تصل إلى 30 كيلومتراً، تطفو فوق طبقة تسمى الوشاح.

يتحرك الجزء العلوي من الوشاح عادةً مع القشرة، ويُطلق عليهما معاً الغلاف الصخري، الذي يبلغ سمكه نحو 100 كيلومتر في المتوسط، على الرغم من أنه يمكن أن يكون أكثر سمكاً في بعض المواقع.

ينقسم الغلاف الصخري إلى عدة كتل كبيرة تسمى الألواح، فعلى سبيل المثال، تقع لوحة المحيط الهادئ تحت المحيط الهادئ بأكمله، وتغطي لوحة أمريكا الشمالية معظم أمريكا الشمالية، واللوحات تشبه قطع الألغاز "Puzzle" التي تتلاءم بعضها مع بعض تقريباً وتغطي سطح الأرض.

لكن هذه اللوحات ليست ثابتة، بل تتحرك، وفي بعض الأحيان تكون الحركة لأصغر جزء من البوصات على مدار سنوات، وفي أوقات أخرى، يكون هناك مزيد من الحركة، وتكون مفاجئة أكثر، وهذا النوع من الحركة هو ما يتسبب في حدوث الزلازل والانفجارات البركانية.

الأجزاء الأخرى من الأرض..  اللب الخارجي للأرض

يقع اللب الخارجي للأرض بين اللب الداخلي والغطاء، تُعرف الحدود بين اللب الداخلي والخارجي بانقطاع ليمان الزلزالي، وفقاً لموقع Study.

يبلغ سُمك اللب الخارجي نحو 1.367 ميلاً (2200 كم)، ويتكون من الحديد السائل والنيكل.

تتراوح درجات الحرارة في اللب الخارجي بين 8132 درجة فهرنهايت و9.932 درجة فهرنهايت (4500 درجة مئوية و5500 درجة مئوية).

يبرد باطن الأرض تدريجياً بمرور الوقت، عندما يبرد يتبلور اللب الخارجي السائل ويصبح جزءاً من اللب الداخلي الصلب.

اللافت أن اللب الداخلي "ينمو" بنحو 0.039 بوصة (مليمتر واحد) كل عام، وهو ما يعادل تصلب 8820 طناً (8000 طن) من الحديد المنصهر كل ثانية، وفقاً لمقال نُشر في The Conversation.

يؤدي تصلب اللب الخارجي إلى إطلاق حرارة تدفع تيارات الحمل في اللب الخارجي، مما يساعد على توليد المجال المغناطيسي للأرض. 

تولّد الحركة الدورانية لللب الخارجي المجال المغناطيسي للأرض في عملية تسمى الجيودينامو، وفقاً لوكالة ناسا لعلوم الأرض.

في حين أنَّ المغناطيسية داخل قلب الأرض أقوى بنحو 50 مرة مما هي عليه على السطح. 

في النهاية، سيتصلب اللب بأكمله وسيختفي المجال المغناطيسي للأرض، وستكون هذه أخباراً سيئة لكوكبنا، لأن المجال المغناطيسي يحمينا من الإشعاع الكوني الضار، ولكن لا يزال لدينا بضع مليارات من السنين من الحماية المتبقية.

الوشاح 

الوشاح هو أكبر وأسمك طبقة على الأرض، ويشكل 84% من الحجم الإجمالي للكوكب، وفقاً لـ"ناشيونال جيوغرافيك".

يمكن تقسيم الوشاح إلى الوشاح العلوي والسفلي (المعروف أيضاً باسم الوشاح الميزوسفير)، مع احتواء الوشاح العلوي على منطقتين متميزتين: الغلاف الموري والجزء السفلي من الغلاف الصخري.

يشير الوشاح السفلي إلى الطبقة الواقعة بين اللب الخارجي والأثينوسفير، وتشكل 55% من الأرض من حيث الحجم وتتعرض لضغط من 237000 ضغط جوي إلى 1.3 مليون ضغط جوي باتجاه اللب الخارجي. 

الحرارة والضغط في الوشاح السفلي أكبر بكثير مما هو عليه في الوشاح العلوي، الضغط الهائل يبقي هذه الطبقة صلبة.

وفقاً لمعهد الأحجار الكريمة الأمريكي GIA، تم تشكيل الألماس داخل الوشاح على بعد نحو 93 إلى 124 ميلاً (150 إلى 200 كيلومتر) تحت السطح، يتم إحضارها إلى السطح بواسطة الصهارة الناتجة من الأعماق بسبب العمليات التكتونية مثل انفصال الصفائح بعضها عن بعض.

أستينوسفير

الغلاف الموري هو طبقة بسُمك 110 أميال (180 كم) من الوشاح العلوي الذي يقع بين الوشاح السفلي والغلاف الصخري، وفقاً لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS).

نشأ مصطلح "أستينوسفير" من الكلمة اليونانية "أسثينيس" التي تعني ضعيف.

الطبقة "الضعيفة" أكثر كثافة و"سائلة" من الغلاف الصخري أعلاه، والضغط والحرارة مرتفعان لدرجة أن الصخور في الغلاف الموري تتدفق ببطء شديد مع تناسق شديد اللزوجة مصهور يشبه الهراء.

تبلغ درجات الحرارة في الغلاف الموري نحو 2732 درجة فهرنهايت (1500 درجة مئوية)، وفقاً لموقع العلوم التربوي Earth How.

ليثوسفير

الغلاف الصخري هو الطبقة الخارجية من الأرض، ويتكون من القشرة والجزء الهش من الوشاح العلوي. مصطلح lithosphere مشتق من الكلمات اليونانية "lithos" التي تعني الحجر، و"sphaira" وتعني الكرة الأرضية أو الكرة.

تختلف درجات حرارة الغلاف الصخري من 32 درجة فهرنهايت (0 درجة مئوية) في القشرة إلى 932 درجة فهرنهايت (500 درجة مئوية) في الوشاح العلوي، وفقاً لموقع الويب التعليمي Sciencing.

ينقسم الغلاف الصخري إلى صفائح كبيرة من الغلاف الصخري (تُعرف أيضاً باسم التكتونية). تساعد تيارات الحمل في الوشاح السفلي والغلاف الموري على تحريك ألواح الغلاف الصخري الصلبة وفقاً لكيفية الأرض. حركة "العائمة" البطيئة للغلاف الصخري على الغلاف الموري تقود حركة الصفائح التكتونية والعمليات اللاحقة مثل الزلازل والانفجارات البركانية وتشكيل الجبال. 

يمكن تقسيم الغلاف الصخري إلى قشرة محيطية وقشرة قارية. تُعرف الحدود بين الجزء الهش من الوشاح العلوي والقشرة باسم "انقطاع موهو"، وفقاً لما ذكره موقع Geology.

ويختلف عمق موهو من نحو 5 أميال (8 كم) تحت القشرة المحيطية إلى 20 ميلاً (32 كم) تحت القشرة القارية.

بينما تختلف القشرة المحيطية والقشرة القارية في تكوينها وكثافتها وعمرها وفقاً لأطلس العالم.

إذ تتكون القشرة المحيطية بشكل أساسي من صخور البازلت الداكنة الغنية بعناصر مثل السيليكون والمغنيسيوم، بينما تتكون القشرة القارية من صخور الغرانيت ذات الألوان الفاتحة التي تحتوي على الأوكسجين والسيليكون، بينما القشرة المحيطية أكثر كثافة من القشرة القارية.

كيف نعرف أن طبقات الأرض موجودة؟

يمكن للموجات الزلزالية أن تخبرنا كثيراً عن باطن الأرض، وضمن ذلك مكان وجود الغلاف الصخري والغلاف الموري. 

خلال الزلزال، انتشرت الموجات الأولية (P) والثانوية (S) عبر باطن الأرض، وفقاً لجامعة كولومبيا الأمريكية.

تكتشف المحطات الخاصة الموجودة حول العالم هذه الموجات وتسجل سرعاتها، إضافة إلى اتجاه انتقال الموجة وما إذا كانت قد انكسرت.

تنتقل الموجات الزلزالية بشكل أسرع عبر المواد الكثيفة مثل الصخور الصلبة وتتباطأ في السوائل. 

وتكشف الاختلافات النسبية في أوقات وصول الأمواج في العديد من محطات التسجيل عن سرعاتها، ومن ثم كثافة المواد التي مرت عبرها، وفقاً لجامعة كاليفورنيا الأمريكية.