كيف بقيت لب الأرض ساخنة مثل سطح الشمس لمليارات السنين؟
تم نشر هذه المقالة في الأصل على المحادثة. (يفتح في علامة تبويب جديدة) ساهم المنشور بالمقال في موقع ProfoundSpace.org أصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.
شيتشون هوانغ (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أستاذ مشارك في علوم الأرض والكواكب ، جامعة تينيسي.
تتكون أرضنا من نوع ما مثل البصل – طبقة تلو الأخرى.
بدءًا من الأعلى إلى الأسفل ، هناك القشرة ، والتي تشمل السطح الذي تمشي عليه ؛ ثم في الأسفل ، الوشاح ، ومعظمها من الصخور الصلبة ؛ ثم أعمق ، اللب الخارجي ، مصنوع من الحديد السائل ؛ وأخيرًا ، اللب الداخلي ، مصنوع من الحديد الصلب ، وبنصف قطر يبلغ 70٪ من حجم القمر. كلما تعمقت في الغوص ، زادت سخونة – فأجزاء من القلب تكون ساخنة مثل سطح الشمس.
متعلق ب: طبقات الأرض: استكشاف كوكبنا من الداخل والخارج
الرحلة إلى مركز الأرض
كأستاذ علوم الأرض والكواكب (يفتح في علامة تبويب جديدة)، أنا أدرس دواخل عالمنا. مثلما يمكن للطبيب استخدام تقنية تسمى التصوير فوق الصوتي (يفتح في علامة تبويب جديدة) لعمل صور للهياكل داخل جسمك باستخدام الموجات فوق الصوتية ، يستخدم العلماء تقنية مماثلة لتصوير الهياكل الداخلية للأرض. ولكن بدلاً من الموجات فوق الصوتية ، يستخدم علماء الجيولوجيا الموجات الزلزالية – الموجات الصوتية التي تنتجها الزلازل.
على سطح الأرض ، ترى الأوساخ والرمل والعشب والأرصفة بالطبع. الاهتزازات الزلزالية تكشف ما دون ذلك (يفتح في علامة تبويب جديدة): الصخور الكبيرة والصغيرة. هذا كله جزء من القشرة التي قد تنخفض لمسافة تصل إلى 20 ميلاً (30 كيلومترًا) ؛ يطفو فوق طبقة تسمى الوشاح.
يتحرك الجزء العلوي من الوشاح عادةً مع القشرة. معا ، يطلق عليهم الغلاف الصخري (يفتح في علامة تبويب جديدة)، والتي يبلغ سمكها حوالي 60 ميلاً (100 كيلومتر) في المتوسط ، على الرغم من أنها قد تكون أكثر سمكًا في بعض المواقع.
ينقسم الغلاف الصخري إلى عدة كتل كبيرة تسمى الصفائح (يفتح في علامة تبويب جديدة). على سبيل المثال ، تقع لوحة المحيط الهادئ تحت المحيط الهادئ بأكمله ، وتغطي لوحة أمريكا الشمالية معظم أمريكا الشمالية. اللوحات تشبه قطع الألغاز التي تتلاءم مع بعضها تقريبًا وتغطي سطح الأرض.
اللوحات ليست ثابتة. بدلا من ذلك ، يتحركون. في بعض الأحيان يكون أصغر جزء من البوصات على مدار سنوات. في أوقات أخرى ، يكون هناك المزيد من الحركة ، وتكون مفاجئة أكثر. هذا النوع من الحركة هو ما يتسبب في حدوث الزلازل والانفجارات البركانية.
ما هو أكثر من ذلك ، أن حركة الصفائح هي عامل حاسم ، وربما ضروري ، يقود تطور الحياة على الأرض ، لأن اللوحات المتحركة تغير البيئة وتجبر الحياة على التكيف مع الظروف الجديدة. (يفتح في علامة تبويب جديدة).
الحرارة قيد التشغيل
تتطلب حركة اللوحة عباءة ساخنة. وبالفعل ، كلما تعمقت في الأرض ، تزداد درجة الحرارة.
في الجزء السفلي من الصفائح ، على عمق حوالي 60 ميلاً (100 كيلومتر) ، تبلغ درجة الحرارة حوالي 2400 درجة فهرنهايت (1300 درجة مئوية).
بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى الحد الفاصل بين الوشاح واللب الخارجي ، والذي يقع على عمق 1800 ميل (2900 كيلومتر) ، تكون درجة الحرارة حوالي 5000 فهرنهايت (2700 درجة مئوية).
ثم ، عند الحد الفاصل بين النوى الخارجية والداخلية ، تتضاعف درجة الحرارة لتصل إلى ما يقرب من 10800 فهرنهايت (أكثر من 6000 درجة مئوية). هذا هو الجزء الساخن مثل سطح الشمس. في هذه الدرجة ، كل شيء تقريبًا – المعادن والماس والبشر – يتبخر في الغاز. ولكن لأن اللب يقع تحت ضغط عالٍ في أعماق الكوكب ، فإن الحديد الذي يتكون منه يبقى سائلاً أو صلبًا.
تصادم في الفضاء الخارجي
من أين تأتي كل هذه الحرارة؟
إنه ليس من الشمس. بينما يدفئنا وجميع النباتات والحيوانات على سطح الأرض ، لا يستطيع ضوء الشمس اختراق أميال من باطن الكوكب.
بدلا من ذلك ، هناك نوعان من المصادر. إحداها هي الحرارة التي ورثتها الأرض أثناء تكوينها قبل 4.5 مليار سنة. تتكون الأرض من السديم الشمسي (يفتح في علامة تبويب جديدة)، سحابة غازية عملاقة ، وسط تصادمات واندماجات لا نهاية لها بين أجزاء من الصخور والحطام تسمى planetesimals. استغرقت هذه العملية عشرات الملايين من السنين.
تم إنتاج كمية هائلة من الحرارة أثناء تلك الاصطدامات ، بما يكفي لإذابة الأرض بأكملها. على الرغم من فقدان بعض هذه الحرارة في الفضاء ، إلا أن ما تبقى منها كان محبوسًا داخل الأرض ، حيث لا يزال الكثير منها حتى اليوم.
مصدر الحرارة الآخر: اضمحلال النظائر المشعة المنتشرة في كل مكان على الأرض.
لفهم هذا ، تخيل أولاً عنصرًا كعائلة بها نظائر كأعضاء (يفتح في علامة تبويب جديدة). كل ذرة من عنصر معين لها نفس عدد البروتونات ، ولكن أبناء عمومة النظائر المختلفة لديهم أعداد متفاوتة من النيوترونات.
النظائر المشعة (يفتح في علامة تبويب جديدة) ليست مستقرة. يطلقون تيارًا ثابتًا من الطاقة يتحول إلى حرارة. البوتاسيوم -40 ، والثوريوم -232 ، واليورانيوم -235 ، واليورانيوم -238 هي أربعة من النظائر المشعة التي تحافظ على حرارة باطن الأرض.
قد تبدو بعض هذه الأسماء مألوفة لك. يستخدم اليورانيوم 235 ، على سبيل المثال ، كوقود في محطات الطاقة النووية. الأرض ليست في خطر نفاد مصادر الحرارة هذه: على الرغم من اختفاء معظم اليورانيوم 235 والبوتاسيوم الأصلي ، إلا أن هناك ما يكفي من الثوريوم 232 واليورانيوم 238 لتستمر لبلايين السنين.
إلى جانب اللب الساخن والعباءة ، توفر هذه النظائر المطلقة للطاقة الحرارة لدفع حركة الصفائح.
لا حرارة ، لا حركة لوحة ، لا حياة
حتى الآن ، تستمر اللوحات المتحركة في تغيير سطح الأرض ، مما يؤدي باستمرار إلى إنشاء أراضٍ جديدة ومحيطات جديدة على مدى ملايين ومليارات السنين (يفتح في علامة تبويب جديدة). تؤثر الصفائح أيضًا على الغلاف الجوي على مدى فترات زمنية طويلة مماثلة.
لكن بدون الحرارة الداخلية للأرض ، لما كانت الصفائح تتحرك. قد تبرد الأرض. من المحتمل أن يكون عالمنا غير صالح للسكنى. لن تكون هنا.
فكر في ذلك ، في المرة القادمة التي تشعر فيها بالأرض تحت قدميك.
تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة (يفتح في علامة تبويب جديدة) بموجب رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقالة الأصلية (يفتح في علامة تبويب جديدة).
تابع جميع قضايا ومناقشات أصوات الخبراء – وكن جزءًا من المناقشة – على Facebook و Twitter. الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف ولا تعكس بالضرورة آراء الناشر.
