مرکز زمین سردتر از آن چیزی است که انتظار داشتیم

به گزارش «نبض فناوری»،  4.5 میلیارد سال پیش، دمای شدید بر سطح زمین جوان حاکم شد و اقیانوس عمیقی از ماگما آن را پوشانده بود. طی میلیون‌ها سال، سطح این سیاره سرد شد و پوسته‌ای شکننده تشکیل داد. با این حال، انرژی حرارتی عظیمی که از درون زمین سرچشمه می‌گیرد، فرآیندهای دینامیکی مانند همرفت گوشته، تکتونیک صفحه و آتشفشانی را به حرکت در می‌آورد.

با این حال، هنوز سوالاتی درباره سرعت خنک شدن زمین و مدت زمانی که ممکن است طول بکشد تا این خنک شدن مداوم فرآیندهای حرارتی فوق الذکر را متوقف کند، بی پاسخ است.

یک پاسخ ممکن ممکن است در هدایت حرارتی مواد معدنی باشد که مرز بین هسته و گوشته زمین را تشکیل می دهند. در این لایه مرزی است که سنگ گوشته زمین در تماس مستقیم با مذاب داغ آهن نیکل هسته خارجی سیاره است. گرادیان دما بین دو لایه بسیار بالاست است، بنابراین به طور بالقوه گرمای زیادی در اینجا جریان دارد. لایه مرزی عمدتاً از کانی بریگمانیت تشکیل شده است. با این حال، محققان در برآورد میزان گرمای این ماده معدنی از هسته زمین به گوشته مشکل دارند زیرا تأیید آزمایشی بسیار دشوار است.

اکنون پروفسور موتوهیکو موراکامی و همکارانش از مؤسسه علوم کارنگی یک سیستم اندازه‌گیری پیچیده ایجاد کرده‌اند که به آنها امکان می‌دهد رسانایی حرارتی بریگمانیت را در آزمایشگاه، تحت شرایط فشار و دمایی که در داخل زمین حاکم است، اندازه‌گیری کنند. آن‌ها برای اندازه‌گیری‌ها از یک سیستم اندازه‌گیری جذب نوری اخیراً توسعه‌یافته در یک واحد الماس که با لیزر پالسی گرم می‌شود، استفاده کردند.

موراکامی می‌گوید: «این سیستم اندازه‌گیری به ما اجازه می‌دهد تا نشان دهیم که هدایت حرارتی بریگمانیت حدود 1.5 برابر بیشتر از حد تصور است. این نشان می دهد که جریان گرما از هسته به گوشته نیز بالاتر از آن چیزی است که قبلا تصور می شد. جریان گرمای بیشترهمرفت گوشته را افزایش می دهد و خنک شدن زمین را تسریع می کند. این ممکن است باعث شود که تکتونیک صفحه‌ای که با حرکات همرفتی گوشته ادامه ‌یابد و سریع‌تر از آنچه که محققان بر اساس مقادیر رسانش گرما قبلی انتظار داشتند، کند شود.

موراکامی و همکارانش همچنین نشان داده‌اند که سرد شدن سریع گوشته باعث تغییر فازهای معدنی پایدار در مرز هسته و گوشته می‌شود. وقتی بریگمانیت سرد می شود به ماده معدنی پست پروسکایت تبدیل می شود. محققان تخمین می زنند که به محض اینکه پست پروسکایت در مرز هسته- گوشته ظاهر می شود و شروع به تسلط می کند، خنک شدن گوشته ممکن است در واقع تسریع بیشتری داشته باشد، زیرا این ماده معدنی حتی بهتر از بریگمانیت گرما را هدایت می کند.

نتایج ما می تواند دیدگاه جدیدی در مورد تکامل دینامیک زمین به ما بدهد. موراکامی توضیح می‌دهد که زمین، مانند سایر سیارات سنگی عطارد و مریخ، بسیار سریع‌تر از حد انتظار در حال سرد شدن و غیرفعال شدن است.

با این حال، او نمی تواند بگوید که مثلاً چه مدت طول می کشد تا جریان های همرفتی در گوشته متوقف شوند. ما هنوز اطلاعات کافی درباره این نوع رویدادها نداریم تا بتوانیم زمان آنها را مشخص کنیم. برای انجام این کار ابتدا نیاز به درک بهتری از نحوه عملکرد همرفت گوشته در شرایط مکانی و زمانی است. علاوه بر این، دانشمندان باید روشن کنند که چگونه فروپاشی عناصر رادیواکتیو در داخل زمین ( یکی از منابع اصلی گرما ) بر پویایی گوشته تأثیر می گذارد.