تستمر الأبحاث العلمية في تقديم اكتشافات غير متوقعة تعيد صياغة فهمنا للعالم الذي نعيش فيه. مؤخرًا، توصل العلماء إلى اكتشاف مثير يتعلق بقلب الأرض، حيث وجدوا أن الحالة الفيزيائية للمادة في هذا الجزء العميق من كوكبنا ليست كما كنا نفكر سابقًا. تمثل هذه النتائج منعطفًا كبيرًا في فهمنا للعمليات الجيولوجية والفزيائية التي تحدث في باطن الأرض، وتتعلق بحالات المادة تحت ظروف ضغط وحرارة هائلة.

جدول المحتويات

القلب الداخلي للأرض: بيئة قاسية

يتكون قلب الأرض من كرتين صلبة وداخلية، إذ يمتد القلب الداخلي في عمق كوكبنا إلى حوالي 1,220 كيلومتر ويعتبر أكبر من القمر. يتكون هذا القلب أساسًا من الحديد وخلائط عناصر خفيفة، ويتعرض لضغط يتجاوز 3.3 مليون ضعف ضغط سطح البحر. تتجاوز درجات الحرارة في القلب الداخلي حرارة سطح الشمس، وهي تبين تحديات البحث عن المعلومات الدقيقة حول مكوناته وسلوكه.

يُعرف القلب الداخلي بأنه صلب، ولكنه يظهر سلوكًا غير تقليدي، حيث تباطأت الأمواج الزلزالية أثناء مرورها عبره، مما أدى إلى التساؤل: كيف يمكن أن يكون لهذا الجزء من الأرض سلوك متماسك ولكنه لين بنفس الوقت؟ هذه الأسئلة المحورية كانت نقطة انطلاق للبحث الذي أجراه مجموعة من العلماء.

الاكتشافات الجديدة: حالة سوبر أيونيك

في دراسة حديثة نُشرت في “National Science Review”، أظهر باحثون من جامعة سيتشوان أن القلب الداخلي للأرض لا يتصرف كأي مادة صلبة تقليدية، بل يشير إلى وجوده في حالة “سوبر أيونيك” (superionic state)، حيث تتحرك العناصر الخفيفة ضمن إطار حديدي مستقر كما لو كانت سائلة. هذه النتائج تُعيد تشكيل تصورنا عن أعمق طبقة في كوكب الأرض.

قاد الدراسة البروفيسور يوجون زانغ والدكتور يوقيان هوانغ مع البروفيسور يو هي من معهد الكيمياء الجيولوجية في الأكاديمية الصينية للعلوم. وقد أظهروا أن خلطات الحديد والكربون تنتقل إلى الحالة السوبر أيونيك تحت الظروف القاسية الموجودة في القلب الداخلي. في هذه البيئات، تتحرك ذرات الكربون بسرعة من خلال التركيب البلوري للحديد، مما يُقلص من صلابة السبيكة بشكل كبير.

دليل تجريبي على الحالة الجديدة

على الرغم من أن الدراسات الحاسوبية في عام 2022 قد تنبأت مسبقًا بوجود هذه الحالة الغريبة، إلا أن تأكيدها في المختبر كان تحديًا مستمرًا حتى الآن. استخدم العلماء منصة ضغط صدم ديناميكية لدفع عينات الحديد والكربون بسرعة تصل إلى 7 كيلومترات في الثانية، وتحقيق ضغط يصل إلى 140 جيجاباسكال ودرجات حرارة قريبة من 2600 كيلفن، مما يُعيد إنتاج الظروف الموجودة في القلب الداخلي.

من خلال قياسات سرعة الصوت الداخلي والمزج مع محاكاة الديناميات الجزيئية المتقدمة، تمكن الفريق من الكشف عن انخفاض كبير في سرعة الموجات القصية وزيادة كبيرة في نسبة بوايسون. هذه النتائج تتماشى مع الخصائص الزلزالية غير المتوقعة المسجلة داخل الأرض، مما يوضح حركة ذرات الكربون بحرية عبر الهيكل الحديدي دون انهيار الشبكة.

تأثير الحالة السوبر أيونيك على الديناميات الأرضية

النموذج السوبر أيونيكي لا يفسر فقط الأنماط الزلزالية الغريبة التي تم اكتشافها منذ زمن طويل، ولكن أيضًا يوسع فهمنا لكيفية تأثير القلب الداخلي على العمليات الداخلية للأرض. يمكن أن يُفسر حركة العناصر الخفيفة كيف تحدث اختلافات اتجاهية في سرعات الموجات الزلزالية، وكذلك تلعب دورًا في دعم المجال المغناطيسي للأرض.

يؤكد الدكتور هوانغ أن “الانتشار الذري داخل القلب الداخلي يمثل مصدر طاقة مُتجاهل سابقًا للمولد الأرضي”. بجانب الحرارة وتقلب التركيب، فإن الحركة السائلة للعناصر الخفيفة قد تساعد في توليد المحرك المغناطيسي للأرض.

التحول في رؤية العلماء لمركز الأرض

طبقًا للبروفيسور زانغ، تمثل هذه النتائج تحولًا كبيرًا في كيفية تفسير العلماء للقلب الداخلي. “نحن نتحرك بعيدًا عن نموذج ثابت وصلب للقلب الداخلي نحو نموذج ديناميكي”. وهذا يمثل خطوة كبيرة نحو فهم أفضل لكوكب الأرض وتاريخه الجيولوجي.

تبعات هذا الاكتشاف لا تقتصر فقط على الأرض، بل يمكن أن تساعد أيضًا في فهم الأبعاد المغناطيسية والحرارية لكواكب صخرية أخرى وكواكب خارجية. كما يشير زانغ، “فهم هذه الحالة المخفية من المادة يقربنا خطوة من فك أسرار تركيب الكواكب الممتعة”.

ختام

يمثل اكتشاف حالة السوبر أيونيك في قلب الأرض تقدمًا علميًا هامًا يعيد تشكيل فهمنا لبنية كوكبنا. تتواصل الأبحاث لإثبات ذلك وتعميق الفهم لهذا الجزء المخفي والمعقد من عالمنا. إن فحص البيانات والتجارب الجديدة يمكن أن يُسهم في تفسير السلوك المتنوع في قلب الأرض والمساهمة في الأبحاث الكوكبية المستقبلية. يعد هذا الاكتشاف بمثابة نقطة انطلاق مثيرة لاستكشاف المزيد عن عالمنا ومعرفة كيف يمكن أن تسهم تلك العلوم في تطبيقات مستقبلية متعددة.