مكونات اللب الداخلي للارض .. ولماذا هو صلب

مكونات اللب الداخلي للأرض

يُعتبر اللب الداخلي للأرض هو أعمق منطقة داخل الأرض وتبلغ سماكته 216 كيلومترًا، ويبلغ قطر نواة الأرض أو لب الأرض 1800 كم ويتكون أساسًا من الحديد والنيكل وعناصر أخرى وبالتالي فهي المنطقة الأكثر كثافة على الأرض، ووفقًا للدراسات السيزمية، فمن المرجح أن يكون في حالة صلبة بسبب وجوده تحت ضغط مرتفع وحرارة شديدة.

يتميز خام النيكل والحديد بأنّهما من المواد الثقيلة ولها جاذبية نوعية أكبر من أعمق نقطة استطاع الناس الوصول إليها وهي بئر كولا في روسيا، وعمقها 12.3 كم فقط، ويحدث بها معظم العمليات الطبيعية المعروفة بالقرب من سطح الأرض مثل الحمم البركانية التي تذوب على عمق عدة كيلومترات أو الماس الذي يحتاج إلى ضغط مرتفع ودرجة حرارة عالية، ومع ذلك يتشكل على أعماق أقل من 500 كيلومتر.

يمتد اللب الداخلي من نهاية اللب الخارجي على عمق 5155 كم إلى مركز الأرض على عمق 6371 كم ، ويفصله عن اللب الخارجي انقسام ليمان، وتتم هذه الانقطاعات باستخدام الموجات الزلزالية التي جعلت من الممكن فهم وتحديد طبيعة المكونات الداخلية للأرض، ويفصل انقطاع مصبات الأنهار اللب الداخلي الصلب عن اللب الخارجي السائل للأرض على عمق حوالي 5200 كم.

وتم التعرف عليه من خلال مقارنة سلوك الموجات الزلزالية في باطن الأرض وسلوكها في النيازك، وتعرف طبيعة المادة بدراسة الموجات الزلزالية، حيث لوحظ أن تولدت فيها موجات ثانوية، وهي تعتبر سائلة، وبالتالي وجد أنّ الوسط صلب وإن كانت درجة الحرارة مرتفعة للغاية في مركز الأرض، فذلك يرجع للضغط الكبير الذي يمنعه من الداعمين.

وفقا لنظرية تشكل السديم، يعتقد أن الأرض تشكلت من سحابة غاز تتألف من عناصر مختلفة، ويعتقد أن تجمع هذه السحابة تراكم في المركز، حيث يتشكل النواة الداخلية للأرض من هذه المعادن الثقيلة، والتي تتألف أساسا من الحديد والنيكل، وكذلك النواة الداخلية الصلبة للأرض خفيفة جدا لدرجة أنها تتألف فقط من المعادن، وهذا يفسر سبب انخفاض كتلتها عن الكتلة المتوقعة. يفترض العلماء أيضا أن للأرض نواة تحتوي على كميات من بعض العناصر ذات الوزن الأخف مثل الأكسجين والكربون والسيليكون والكبريت.

لُبّ الأرض الخارجي

يتميز سمك اللب الخارجي للأرض بسمك يبلغ حوالي 2200 كم، ودرجة حرارة الخليط المكون من الحديد والنيكل فيه تتراوح بين 4500-5500 درجة مئوية، ويتميز المعدن السائل الواقع في اللب الخارجي للأرض بلزوجة منخفضة جدا، مما يجعله مرنا وسهل التشكيل بواسطة الحمل الحراري. يتم تكوين معدن متطاير في هذا المجال المغناطيسي للأرض ويتم الحفاظ عليه، حيث تصل درجة حرارة هذا الجزء إلى 6000 درجة مئوية، وهو ما يعادل درجة حرارة سطح الشمس.

لُبّ الأرض الداخلي

تبلغ درجة حرارة اللب الداخلي للأرض 5200 درجة مئوية، والضغط فيها حوالي 3.6 مليون ضغط الجوي، وعلى الرغم من أن درجة حرارة اللب الداخلي أعلى بكثير من درجة انصهار الحديد، فإن اللب الداخلي يعتبر على عكس الخارج فهو ليس سائلًا أو منصهرًا، مما يمنع زيادة الضغط الناتج عن الاندماج في الغلاف الجوي الحديدي للأرض.

طريقة حساب كتلة الأرض

يمكن حساب كتلة الأرض عن طريق مراقبة تأثير جاذبية الأرض على الأجسام الموجودة على سطحها، وتم اكتشاف أن كتلة الأرض تبلغ 5.9722 × 10 إلى 24 قوة، وهي تقريبًا تساوي 6000 تريليون طن.

تم تحديد كثافة المواد الموجودة على سطح الأرض، وتبين أنها أقل بكثير من متوسط كثافة الأرض بأكملها، مما يشير إلى وجود كثافة أعلى قليلا تعطي الأرض وزنها الهائل.

يُعتقد أن الحديد يشكل حوالي 80% من لب الأرض، ويمنح الأرض كتلة هائلة، وربما يكون أكبر دليل على ذلك هو كمية الحديد الموجودة في الكون من حولنا.

يعتقد أيضًا أن كمية الحديد الموجودة على سطح الأرض أقل مما نتوقع بسبب كمية كبيرة من الحديد التي دخلت إلى لب الأرض أثناء تشكلها.

يعد الحديد معدنًا كثيفًا نسبيًا في الظروف العادية للضغط والحرارة، وتزداد كثافته بشكل كبير تحت ضغط وحرارة مرتفعين في لب الأرض؛ وبالتالي، يعطي اللب الحديدي الأرض هذه الكتلة الهائلة.

وتشكل السيليكات معظم صخور الأرض التي يصعب مرور الحديد المنصهر من خلالها، لكن التغيير في خصائص الحديد مع السيليكات بسبب الضغط العالي، مما سهّل نقل الحديد المنصهر عبر السيليكات، وهو ما اكتشفته ويندي ماو وزملاؤها في جامعة ستانفورد عندما مارسوا ضغطًا شديدًا على الحديد المنصهر والسيليكات بالماس.

توصلنا إلى حقيقة أن الضغط المرتفع في قلب الأرض سهل نقل الحديد المنصهر عبر السيليكات، وذلك بعد مرور الحديد عبرها.

كيف عرف العلماء أن لب الأرض يبدأ عند 3000 كم تحت سطح الأرض

منذ العصور القديمة، كان الإنسان يسعى لفهم تكوين الأرض، وفي البداية كانت المعارف غير علمية ومتعلقة بالخرافات الدينية والآلهة. ومع ذلك، ظهرت عدة نظريات حول أصل الأرض وتركيبها الصحيح، بدءًا من العصور القديمة الكلاسيكية وحتى فترة العصور الوسطى.

كانت معظم النظريات القديمة حول شكل الأرض ترجح فرضية “الأرض المسطحة”، وكان ذلك هو المعتقد السائد في ثقافة بلاد ما بين النهرين، حيث كان العالم يصور على أنه قرص مسطح يطفو في المحيط، وكان الاعتقاد عند سكان المايا أن العالم مسطحا.

تختلف النظرة لشكل الأرض حسب ثقافة الشعوب والحضارات، فقد توقع الفرس القدماء أن الأرض تتألف من سبع طبقات أو جبل كوني، في حين رأى الصينيون أنها مكعب من أربعة جوانب، وفي القرن السادس قبل الميلاد بدأ الفلاسفة اليونانيون في الاعتقاد أن الأرض كروية.

بحلول القرن الثالث قبل الميلاد، بدأت فكرة الأرض الكروية في الظهور كمسألة علمية، وأيضًا خلال نفس الفترة بدأت النظرة الجيولوجية للأرض في التطور، حيث أدرك الفلاسفة أنها تتكون من معادن وصخور، وأنها عرضة لعملية تغيير بطيئة للغاية.

يُعتقد أن هناك فجوة هوائية على نفس المسافة بين الكرة الداخلية والخارجية لتجنب الاصطدام، وتم تثبيت الكرة الداخلية في مكانها بواسطة قوة الجاذبية، كما يحتوي النموذج على قذيفتين داخليتين في المركز حول نواة أعمق تتوافق مع أقطار كواكب عطارد والزهرة والمريخ على التوالي.

علم الزلازل ساعد على كشف هذه الحقيقة، حيث نعلم جميعًا أن مراكز الزلازل في جميع أنحاء العالم تسجل وصول الاهتزازات عند حدوث زلزال، وفي عام 1960 حدث زلزال في تشيلي نتج عنه العديد من البيانات، وكان قويًا لدرجة أن جميع مراكز الزلازل في البلاد لاحظت وصول الهزات منه.

كما يحدث مع مسار تذبذب الأمواج في المياه والذي يمر عبر عدة مناطق من الأرض، فإن هذا يؤثر على شكل الاهتزاز عند وصوله إلى الجهة الأخرى من الطريق، وقد تم اكتشاف في العلم الزلزالي مؤخرًا وجود موجات ضائعة تُعرف باسم “موجات S” التي تتأثر بذلك.

تتكون هذه الموجات على جانب واحد من الأرض ولا تظهر، كما هو متوقع، ولذلك تذوب الصخور وتصبح سائلة على عمق 3000 كم، ويرجع ذلك إلى أن جميع الاهتزازات تحتاج إلى وسط صلب لتنتقل، وعندما فقدنا “الموجات S” علمنا أنها اخترقت شيئا ذوبانيا في النواة ولا يمكنها التحرك فيه.

وعندما تم رسم مسار “الموجة S”، وتم اكتشاف أن الصخور أصبحت سائلة على عمق 3000 كيلومتر للوهلة الأولى، وقد يشير هذا الاكتشاف إلى أن لب الأرض قد ذاب تمامًا، لكننا وجدنا مفاجأة أخرى في جعبة علم الزلازل، ففي عام 1930 لاحظ العالم الدنماركي إنجي ليمان نوعًا آخر من الموجات يسمى “موجات P” التي تمر عبر لب الأرض، وبشكل غير متوقع يمكن اكتشافها على الجانب الآخر من الأرض بفضل الرحلة الناجحة عبر السليلوز، وتم تحقيق النتائج التالية:

يتكون اللب من طبقتين:

• اللب الداخلي: يبدأ على عمق 5000 كيلومتر وهو صلب.
• اللب الخارجي: يقع فوق اللب الداخلي وذائب.

تم تأكيد فكرة إنجي ليمان في عام 1970، عن طريق أجهزة قياس الزلازل الأكثر دقة وحساسية، والتي أكدت مرور موجات `P` عبر القلب، ويعزى النجاح الكبير لعلم الزلازل في تطوير الأسلحة النووية، لذلك كانت الدول تستخدم التجسس على تجارب الأسلحة النووية في بلدان أخرى لصالح علم الزلازل، حيث أصبح لهذا أهمية كبيرة في فترة الحرب الباردة، وحظي علماء الزلازل بمزيد من الاهتمام والتشجيع.

استخدمت الدول المتنافسة على القدرات النووية للدول الأخرى علم الزلازل، وفي الوقت نفسه، اكتشف العلماء المزيد عن جوهر الأرض، لذلك نعلم أن لب الأرض يتألف من طبقة خارجية منصهرة ولب داخلي صلب بقطر يصل إلى 1220 كم.