سواء كان لكوكب المجال المغناطيسي أم لا يقطع شوطًا طويلاً نحو تحديد ما إذا كان صالحًا للسكن أم لا. في حين أن الأرض لها غلاف مغناطيسي قوي يحمي الحياة من الإشعاع الضار ويمنع الرياح الشمسية من تجريد الغلاف الجوي ، لم يعد الكوكب مثل كوكب المريخ. ولهذا السبب انتقل من كونه عالمًا ذات جو سميك وماء سائل على سطحه إلى مكان بارد وجاف اليوم.
لهذا السبب ، سعى العلماء منذ فترة طويلة إلى فهم القوى التي تمد المجال المغناطيسي للأرض. حتى الآن ، كان الإجماع على أنه كان تأثير الدينامو الناتج عن دوران النواة الخارجية السائلة للأرض في الاتجاه المعاكس لدوران الأرض. ومع ذلك ، تشير الأبحاث الجديدة من معهد طوكيو للتكنولوجيا إلى أنه قد يرجع في الواقع إلى وجود التبلور في قلب الأرض.
أجرى البحث علماء من معهد علوم الأرض والحياة (ELSI) في طوكيو تك. وفقًا لدراستهم - بعنوان "تبلور ثاني أكسيد السيليكون والتطور المركب لجوهر الأرض" ، والتي ظهرت مؤخرًا في طبيعة - قد يكون للطاقة التي تدفع المجال المغناطيسي للأرض علاقة أكبر بالتركيب الكيميائي لجوهر الأرض.
كان مصدر قلق فريق البحث بشكل خاص هو معدل تبريد قلب الأرض على مدار الوقت الجيولوجي - والذي كان محل نقاش لبعض الوقت. وبالنسبة للدكتور كي هيروس - مدير معهد علوم الأرض والحياة والمؤلف الرئيسي للورقة - فقد كانت عملية بحث مدى الحياة. في دراسة عام 2013 ، شارك نتائج البحث التي أشارت إلى كيفية تبريد قلب الأرض بشكل ملحوظ أكثر مما كان يعتقد سابقًا.
وخلص هو وفريقه إلى أنه منذ تكوين الأرض (قبل 4.5 مليار سنة) ، ربما يكون القلب قد برد حتى 1000 درجة مئوية (1832 درجة فهرنهايت). كانت هذه النتائج مفاجئة إلى حد ما لمجتمع علوم الأرض - مما أدى إلى ما أشار إليه أحد العلماء باسم "مفارقة الحرارة الأساسية الجديدة". باختصار ، فإن معدل التبريد الأساسي هذا يعني أن هناك حاجة إلى مصدر آخر للطاقة للحفاظ على المجال المغنطيسي الأرضي للأرض.
علاوة على ذلك ، وفيما يتعلق بمسألة تبريد القلب ، كانت هناك بعض الأسئلة التي لم يتم حلها حول التركيب الكيميائي للنواة. كما قال الدكتور Kei Hirose في بيان صحفي لـ Tokyo Tech:
يتكون اللب في الغالب من الحديد وبعض النيكل ، ولكنه يحتوي أيضًا على حوالي 10٪ من السبائك الخفيفة مثل السيليكون والأكسجين والكبريت والكربون والهيدروجين ومركبات أخرى. نعتقد أن العديد من السبائك موجودة في وقت واحد ، لكننا لا نعرف نسبة كل عنصر مرشح ".
لحل هذه المشكلة ، أجرى هيروز وزملاؤه في ELSI سلسلة من التجارب حيث تعرضت سبائك مختلفة لظروف الحرارة والضغط المماثلة لتلك الموجودة في باطن الأرض. ويتكون هذا من استخدام سندان ماسي للضغط على عينات سبائك بحجم الغبار لمحاكاة ظروف الضغط العالي ، ثم تسخينها باستخدام شعاع ليزر حتى تصل إلى درجات حرارة قصوى.
في الماضي ، ركزت الأبحاث على سبائك الحديد في القلب بشكل أساسي على سبائك الحديد والسيليكون أو أكسيد الحديد عند ضغوط عالية. ولكن من أجل تجاربهم ، قرر هيروز وزملاؤه التركيز على مزيج السيليكون والأكسجين - الذي يعتقد أنه موجود في النواة الخارجية - وفحص النتائج باستخدام مجهر إلكتروني.
ما وجده الباحثون هو أنه في ظروف الضغط والحرارة الشديدة ، اجتمعت عينات من السيليكون والأكسجين لتكوين بلورات ثاني أكسيد السيليكون - والتي كانت مشابهة في تكوينها مع الكوارتز المعدني الموجود في قشرة الأرض. Ergo ، أظهرت الدراسة أن تبلور ثاني أكسيد السيليكون في النواة الخارجية كان سيطلق طفوًا كافيًا لتشغيل الحمل الحراري الأساسي وتأثير الدينامو منذ وقت مبكر مثل Hadean eon فصاعدًا.
كما أوضح جون هيرنلند ، وهو أيضًا عضو في ELSI ومؤلف مشارك في الدراسة:
"أثبتت هذه النتيجة أهميتها لفهم علم الطاقة وتطور القلب. كنا متحمسين لأن حساباتنا أظهرت أن تبلور بلورات ثاني أكسيد السيليكون من القلب يمكن أن يوفر مصدر طاقة جديدًا هائلاً لتشغيل المجال المغناطيسي للأرض ".
لا تقدم هذه الدراسة فقط أدلة تساعد على حل ما يسمى ب "مفارقة الحرارة الأساسية الجديدة" ، بل قد تساعد أيضًا في تقدم فهمنا لما كانت عليه الظروف أثناء تكوين الأرض والنظام الشمسي المبكر. بشكل أساسي ، إذا كان السيليكون والأكسجين يشكلان بلورة من ثاني أكسيد السيليكون في النواة الخارجية بمرور الوقت ، فستنتهي العملية عاجلاً أم آجلاً بمجرد نفاد النواة من هذه العناصر.
عندما يحدث ذلك ، يمكننا أن نتوقع أن يعاني المجال المغناطيسي للأرض ، والذي سيكون له آثار شديدة على الحياة على الأرض. كما أنه يساعد على وضع قيود على تركيزات السيليكون والأكسجين التي كانت موجودة في القلب عندما تشكلت الأرض لأول مرة ، والتي يمكن أن تقطع شوطا طويلا نحو إبلاغ نظرياتنا حول تشكيل النظام الشمسي.
علاوة على ذلك ، قد يساعد هذا البحث علماء الجيوفيزياء في تحديد كيف ومتى ما زالت الكواكب الأخرى (مثل كوكب المريخ والزهرة وميركوري) تحتوي على مجالات مغناطيسية (وربما تؤدي إلى أفكار حول كيفية تشغيلها مرة أخرى). يمكن أن يساعد حتى الفرق العلمية في صيد الكواكب الخارجية على تحديد الكواكب الخارجية التي تحتوي على أغلفة مغناطيسية ، مما يسمح لنا بمعرفة أي عوالم خارج الطاقة الشمسية يمكن أن تكون صالحة للسكن.
