ما الذي يجعل اللب الداخلي للأرض صلبًا

تتألف طبقات الأرض من القلب الذي يتكون من طبقتين؛ النواة الخارجية التي تحدها حدود الوشاح، والنواة الداخلية. وتطلق على الحدود التي تفصل بين هذه المناطق اسم انقطاع بولين؛ وتعد النواة الداخلية الطبقة الرابعة داخل الأرض، وهي كرة معدنية صلبة مصنوعة أساسا من الحديد، حيث تصل درجات الحرارة إلى مستويات استثنائية، وعلى الرغم من أن النواة الداخلية ساخنة للغاية، إلا أنها ليست سائلة مثل النواة الخارجية

يواجه بعض الأشخاص صعوبة في تصديق أن النواة الداخلية يمكن أن تكون صلبة، ولكن يمكن لهذا اللب الداخلي البقاء صلباً بسبب مدى سخونته العالية ووجود مركز الأرض في ضغوط هائلة جداً.

بالإضافة إلى النشاط الزلزالي، يستخدم العلماء مجموعة متنوعة من المعلومات الأخرى للتعرف على جوهر الأرض الداخلي، وتتضمن هذه الطرق التجارب المعملية وتحليل النيازك ونمذجة الحاسوب وقراءة البيانات

النواة الداخلية للأرض

يتكون النواة الداخلية للأرض بشكل رئيسي من الحديد ، في طبقة سائلة خارجية وطبقة صلبة داخلية ، النواة الخارجية هي المكان الذي يولد فيه السائل المتداول الجيو دينامو ، المسؤول عن المجال المغناطيسي للأرض ،  تم تأسيس الطبيعة السائلة للنواة الداخلية في وقت مبكر من تطوير مجال علم الزلازل العالمي ، تم استخلاص النواة الداخلية الصلبة من علاقات الطور ودرجات حرارة وضغوط النواة ، والتي تظهر النواة ببطء تتبلور من المركز إلى الخارج.

تتطلب الأدلة الزلزالية المباشرة على الطبيعة الصلبة للنواة الداخلية علماء الزلازل تتبع أقصر مسار عبر الأرض حيث تنتقل الموجة P إلى النواة الخارجية السائلة ، حتى تلتقي مع حافة النواة الداخلية إذا تم نقل جزء من هذه الموجة إلى النواة الداخلية كموجة S ، والتي تم إرسالها بدورها إلى النواة الخارجية كموجة P ، ثم عادت إلى السطح ، فسيكون لدى علماء الزلازل أدلة على وجود نواة داخلية صلبة .

يتألف اللب الداخلي من كرة ساخنة كثيفة من الحديد، يبلغ قطرها حوالي 1،220 كيلومتر (758 ميل)، ويصل الضغط فيها إلى حوالي 3.6 مليون جو، وتبلغ درجة حرارتها حوالي 5،200 درجة مئوية (9،392 درجة فهرنهايت) .

درجة حرارة النواة الداخلية أعلى بكثير من درجة انصهار الحديد، وبالرغم من ذلك، على عكس النواة الخارجية، فإن النواة الداخلية ليست سائلة أو حتى منصهرة، يمنع الضغط المكثف للنواة الداخلية ذوبان الحديد، والضغط والكثافة هما ببساطة أكبر من أن تتحول ذرات الحديد إلى حالة سائلة، بسبب هذه المجموعة الغير العادية من الظروف، يفضل بعض الجيوفيزيائيين تفسير النواة الداخلية على أنها ليست مادة صلبة، بل على أنها تتصرف كمادة صلبة.  

حقائق عن اللب الداخلي

تتكون الأرض من المركز الذي يتحرك إلى الخارج، وتشمل الأجزاء التالية: النواة الداخلية، النواة الخارجية، الوشاح السفلي، الوشاح العلوي، والقشرة الأرضية. ويطلق على الجزء الداخلي من الأرض قلبه الداخلي أو النواة الداخلية للأرض، ويعتقد أنه ساخن مثل سطح الشمس، وكان يعتقد في وقت ما أن النواة الداخلية للأرض كانت سائلة

لكن إنجي ليمان – عالم الزلازل – أثبت نظريًا في عام 1936 أن النواة الداخلية صلبة ، وأن النواة الخارجية كانت سائلة ، يعتقد أن النواة الداخلية تتكون من سبيكة حديدية (نيكل) ، يواصل العلماء دراسة النواة الداخلية ، غالبًا من خلال استخدام النشاط الزلزالي ، بينما يحاولون معرفة المزيد عنه.

يعتقد أن درجة حرارة القلب الداخلي حوالي 5400 درجة مئوية، أو 5700 كلفن، وتنتج هذه الحرارة من ثلاثة عوامل: الحرارة المتبقية من تشكل الأرض، وقوى جاذبية القمر والشمس، وتحلل العناصر الداخلية للأرض.

تفصل النواة الخارجية السائلة النواة الداخلية عن بقية الأرض، ونتيجة لذلك، تدور النواة الداخلية بشكل مختلف قليلاً عن بقية الكوكب، حيث تدور شرقًا مثل سطح الأرض، لكنها أسرع قليلاً، مما يؤدي إلى دوران إضافي كل 1000 سنة.

يعتقد علماء الجيولوجيا أن بلورات الحديد الموجودة في النواة الداخلية للأرض مرتبة في نمط `hcp`، حيث تتصف بتوجه بلورات الحديد بين الشمال والجنوب بجانب محور دوران الأرض ومجالها المغناطيسي.

يعني اتجاه البنية البلورية أن الموجات الزلزالية، وهي الطريقة الأكثر موثوقية لدراسة القشرة الأرضية، تسافر بسرعة أكبر عند الانتقال من الشمال إلى الجنوب بالمقارنة مع الانتقال إلى الشرق والغرب، وتسير الموجات الزلزالية بأسرع سرعة عبر خط الاستواء مما يجعلها أسرع بأربعة أقطاب.

نمو اللب الداخلي للأرض

يشكل النواة الداخلية حوالي 1.7٪ من إجمالي كتلة الأرض، بينما يشكل القشر الخارجي حوالي 30.8٪ من إجمالي كتلة الأرض

نمو اللب الداخلي للأرض ليس متجانسا، حيث يحدث في الكتل والباقات ويتأثر بالنشاط في الوشاح، وعندما يتصلب أجزاء من النواة الخارجية السائلة أو تتبلور أو تتجمد، ينمو اللب الداخلي بحوالي مليمتر واحد كل عام، ومع ذلك، يجب تذكر أن نقطة تجمد الحديد تزيد عن 1000 درجة مئوية (1832 درجة فهرنهايت)

يتمحور النمو بشكل أكبر حول مناطق الاندساس، وهي المناطق التي تنزلق فيها الصفائح التكتونية من الغلاف الصخري إلى الوشاح، على بعد آلاف الكيلومترات فوق القلب. تسحب الألواح المتساقطة الحرارة من القلب وتبرد المنطقة المحيطة، مما يتسبب في زيادة حالات التصلب

يتمثل التركيز الأقل في النمو حول “الأوعية الفائقة”، ويمكن أن تؤثر هذه الكتل المنتفخة من صخور الوشاح الفائقة الحارة على البراكين “الساخنة” في الغلاف الصخري، وتساهم في تشكيل نواة خارجية أكثر سيولة.

عملية تجمد النواة لن تحدث، حيث أن عملية التبلور بطيئة جدًا، ويؤدي التحلل الإشعاعي المستمر داخل الأرض إلى إبطائها أكثر، ويقدر العلماء أن النواة ستستغرق حوالي 91 مليار سنة لتصلبها بالكامل، ولكن تحترق الشمس في جزء من هذا الوقت الذي يبلغ حوالي 5 مليار سنة.

اللب الداخلي للنواة الداخلية

اكتشف علماء الجيولوجيا مؤخرًا أن النواة الداخلية نفسها لها نواة ، تختلف هذه عن النواة الداخلية بنفس الطريقة التي يختلف بها النواة الداخلية عن النواة الخارجية ، يعتقد العلماء أن التغيير الجيولوجي الجذري قبل حوالي 500 مليون سنة تسبب في تطور هذه النواة الداخلية اللب الداخلي .

يتم توجيه بلورات النواة الداخلية من الشرق إلى الغرب بدلاً من الشمال إلى الجنوب، ولا يتوافق هذا الاتجاه مع محور دوران الأرض والمجال المغناطيسي. يعتقد العلماء أن بلورات الحديد قد تكون لها بنية مختلفة تمامًا (وليست hcp)، أو أنها موجودة في مرحلة مختلفة .

ما الذي يجعل اللب الداخلي للأرض صلبًا

على الرغم من ارتفاع درجة حرارة سطح الشمس، فإن قلب الحديد المتبلور للأرض يظل صلباً، وذلك لأن نواة الأرض الداخلية مصنوعة من مواد كثيفة جدًا أو ثقيلة مثل الحديد والنيكل، وعلى الرغم من ارتفاع درجة حرارتها، فإن هذه المواد لا تنصهر بسهولة شديدة، وبالتالي تبقى صلبة .

النواة الداخلية حقا أكثر سخونة من النواة الخارجية، ورغم ذلك، الضغط على النواة الداخلية أكبر من الضغط على النواة الخارجية، ونقطة انصهار الحديد، المكون الرئيسي للنواة، تزيد مع زيادة الضغط. ونظرا لأن تأثير الضغط يتجاوز تأثير درجة الحرارة، تتجمد النواة الداخلية بفعل ضغط كبير جدا يضغط المعادن معا وتصبح غير سائلة. الضغط هو أكثر من 3،000،000 مرة ضغط سطح البحر في قلب الأرض .

يمكن التنبؤ بأن النواة الداخلية للأرض بدأت في التجمد (التصلب) قبل ملياري سنة تقريبًا، ويشكل اللب الداخلي 1% فقط من كتلة الأرض، بينما تشكل النواة الخارجية حوالي 32% من كتلة الأرض.

بإمكان العديد من المواد أن تتحول إلى صلبة عند رفع درجة الحرارة إذا كان الضغط مرتفعًا أيضًا، وبالتالي، على الرغم من ارتفاع درجة الحرارة داخل النواة، إلا أن الضغط داخل النواة يكون أيضًا مرتفعًا، مما يمكِّن الحصول على النيكل الحديد الصلب بدلاً من السائل .