هسته زمین چقدر داغ است؟ دمایی همسطح سطح خورشید در اعماق سیاره ما
بر اساس گزارش Live Science، زمانی که زمین حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش شکل گرفت، تودهای از سنگ مذاب بود. در ادامه، عناصر سنگینتر مانند آهن و نیکل به سمت مرکز سیاره فرو رفتند و هسته اولیه زمین را شکل دادند.
هسته زمین امروز همچنان کرهای بسیار داغ و متراکم در اعماق سیاره ماست. این ساختار از یک هسته بیرونی مایع تشکیل شده که از حدود ۱,۸۰۰ مایل (۲,۹۰۰ کیلومتر) زیر سطح زمین آغاز میشود و تا حدود ۱,۴۰۰ مایل (۲,۲۰۰ کیلومتر) امتداد دارد. همچنین هسته داخلی جامدی وجود دارد که از حدود ۳,۲۰۰ مایل (۵,۱۵۰ کیلومتر) زیر سطح زمین شروع میشود و شعاعی در حدود ۷۵۸ مایل (۱,۲۲۰ کیلومتر) دارد.
اما هسته زمین دقیقا چقدر داغ است و دانشمندان چگونه به این نتیجه رسیدهاند، در حالی که امکان دسترسی مستقیم به آن وجود ندارد؟
به کمک مجموعهای از روشهای علمی، پژوهشگران تخمین زدهاند که دمای هسته زمین تقریبا همسطح دمای سطح خورشید است: حدود ۹,۰۰۰ تا کمی بیش از ۱۰,۰۰۰ درجه فارنهایت (حدود ۵,۰۰۰ تا بیش از ۵,۵۰۰ درجه سلسیوس). این دما مربوط به مرز میان هسته داخلی و خارجی است که بهعنوان داغترین بخش هسته شناخته میشود.
با این حال، این اعداد بهطور مستقیم اندازهگیری نشدهاند، بلکه از طریق آزمایشها و مدلهای نظری درباره ترکیب هسته زمین به دست آمدهاند.
هسته زمین عمدتا از آهن (حدود ۸۵ درصد) بههمراه نیکل و مقدار کمی عناصر سبکتر تشکیل شده است. این ماده در هسته بیرونی به حالت مایع و در هسته داخلی به شکل جامد وجود دارد. دانشمندان این نتایج را از ترکیب دادههای آزمایشگاهی روی آلیاژهای آهن در فشارهای بالا، بررسی ترکیب شهابسنگها و تحلیل رفتار امواج لرزهای هنگام عبور از درون زمین به دست آوردهاند.
از آنجا که هسته بیرونی زمین عمدتا از آهن مایع تشکیل شده، دمای این ناحیه باید از نقطه ذوب آهن بیشتر باشد. در سطح زمین، نقطه ذوب آهن خالص حدود ۲,۸۰۰ درجه فارنهایت (۱,۵۳۸ درجه سلسیوس) است. با این حال، این مقدار فشار عظیم اعماق زمین را در نظر نمیگیرد. به گفته «کوئنتین ویلیامز»، فیزیکدان مواد معدنی در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، افزایش فشار میتواند نقطه ذوب آهن و بسیاری از مواد دیگر را بالا ببرد؛ به همین دلیل هسته داخلی با وجود دمای بسیار بالا، به دلیل فشار شدید همچنان جامد باقی مانده است.
برای بررسی شرایط ذوب آهن در چنین فشارهایی، دانشمندان آزمایشهای مختلفی انجام دادهاند. در برخی از این پژوهشها، نمونههای آهن بین دو الماس بسیار سخت (سلول الماسسندان) تحت فشار قرار گرفته و سپس با لیزر تا دماهای بسیار بالا گرم شدهاند. در آزمایشهای دیگر نیز از برخورد ذرات پرسرعت یا شوکهای فشاری برای شبیهسازی شرایط اعماق زمین استفاده شده است. نتایج این آزمایشها در نهایت به فشارهای مربوط به مرز هسته داخلی و خارجی تعمیم داده شده و همین امر به تخمین دمای ۹,۰۰۰ تا بیش از ۱۰,۰۰۰ درجه فارنهایت منجر شده است.
«تا حدی، آنچه درباره هسته زمین میدانیم یک حدس آگاهانه است»، «شیشون هوانگ»، استاد زمینشناسی در دانشگاه سان یاتسن چین به Live Science گفته است. او همچنین تاکید میکند که بسیاری از سازوکارهای درونی زمین، از جمله نحوه تبلور هسته داخلی جامد، همچنان ناشناخته باقی ماندهاند.
داغ از همان ابتدا
این سطح از گرما، نشانهای از تاریخ شکلگیری زمین است. در زمان تشکیل سیاره، مواد مختلف از جمله آهن سازنده هسته به یکدیگر جذب شدند و به گفته هوانگ، «انرژی پتانسیل گرانشی به گرما تبدیل شد».
علاوه بر این، دانشمندان معتقدند در مراحل اولیه شکلگیری زمین، برخورد یک جسم هماندازه مریخ با سیاره اولیه، مقدار زیادی انرژی و گرما به درون آن منتقل کرده است. همچنین برخی پژوهشها نقش عناصر رادیواکتیو مانند پتاسیم، اورانیوم و توریم را در تولید گرمای داخلی مطرح میکنند، هرچند حضور دقیق این عناصر در اعماق زمین همچنان محل بحث است.
هسته داغ زمین نقش مهمی در قابلیت سکونت این سیاره دارد. برخلاف برخی دیگر از سیارات، زمین بخش زیادی از گرمای اولیه خود را حفظ کرده است.
به گفته ویلیامز، «ما در سرد شدن سیاره خیلی خوب نیستیم»؛ به این معنا که زمین برخلاف بسیاری از سیارات سنگی دیگر، گرمای اولیه خود را تا حد زیادی نگه داشته است. همین موضوع باعث شکلگیری پدیدههایی مانند تکتونیک صفحهای شده که در آن صفحات سطح زمین حرکت میکنند، مواد مغذی را جابهجا میکنند و شرایط لازم برای تنوع زیستی را فراهم میسازند. علاوه بر این، هسته آهنی زمین با ایجاد میدان مغناطیسی، سیاره و حیات روی آن را در برابر بادهای خورشیدی خطرناک محافظت میکند.
هوانگ در پایان میگوید:
اگر به حیات اهمیت میدهید، باید به درون زمین هم اهمیت بدهید.
هسته بسیار داغ در مرکز سیاره ما، یکی از عوامل اصلی تداوم حیات روی زمین است.