در حالی که ما کاوشگرها را میلیاردها کیلومتر به فضای بین ستاره‌ای فرستاده‌ایم، انسان‌ها به سختی سطح سیاره ما را خراشیده‌اند، حتی هرگز از پوسته نازک عبور نکرده‌اند.
اطلاعات در مورد عمق داخلی زمین عمدتاً از ژئوفیزیک می آید و ارزشمند است. می دانیم که از یک پوسته جامد، یک گوشته سنگی، یک هسته بیرونی مایع و یک هسته داخلی جامد تشکیل شده است.
اما اینکه دقیقاً در هر لایه – و بین آنها – چه اتفاقی می افتد یک راز است. اکنون تحقیقات ما از مغناطیس سیاره ما برای روشن کردن مهمترین رابط در داخل زمین استفاده می کند: مرز بین هسته و گوشته.
تقریباً 3000 کیلومتر زیر پای ما، هسته بیرونی زمین، اقیانوسی عمیق از آلیاژ آهن مذاب، بی‌پایان می‌جوشد تا یک میدان مغناطیسی جهانی ایجاد کند که تا فضا امتداد دارد. حفظ این “ژئودینامو” و میدان نیروی سیاره ای که طی چند میلیارد سال گذشته تولید کرده است (محافظت از زمین در برابر تشعشعات مضر) انرژی زیادی می طلبد.
این گرما در طول تشکیل زمین به هسته منتقل شد. اما تنها برای راندن ژئودینامو به سمت بیرون به سمت سنگ سردتر و جامد شناور در گوشته آزاد می شود.
بدون این انتقال عظیم داخلی گرما از هسته به گوشته و در نهایت از طریق پوسته به سطح، زمین مانند نزدیکترین همسایگان ما، مریخ و زهره خواهد بود: از نظر مغناطیسی مرده.
Blobs را وارد کنید
نقشه‌هایی که نشان می‌دهند امواج لرزه‌ای (ارتعاشات انرژی صوتی) که در گوشته صخره‌ای زمین حرکت می‌کنند با چه سرعتی در پایین، درست بالای هسته تغییر می‌کنند. دو منطقه وسیع در نزدیکی استوا در زیر آفریقا و اقیانوس آرام که امواج لرزه ای کندتر از جاهای دیگر حرکت می کنند، به ویژه قابل توجه است.
مشخص نیست چه چیزی این «ساختارهای قاعده ای بزرگ در گوشته پایینی» یا به اختصار «لکه ها» را خاص می کند. آنها از سنگ جامد مشابه گوشته اطراف ساخته شده اند، اما ممکن است دارای دمای بالاتر یا ترکیب متفاوت یا هر دو باشند.
انتظار می رود تغییرات شدید دمایی در پایه گوشته بر هسته مایع زیرین و میدان مغناطیسی ایجاد شده در آنجا تأثیر بگذارد. گوشته جامد دما را تغییر می دهد و با سرعت بسیار آهسته (میلی متر در سال) جریان می یابد، بنابراین هرگونه علامت مغناطیسی تضادهای شدید دما باید برای میلیون ها سال باقی بماند.
از سنگ گرفته تا ابر رایانه ها
مطالعه ما شواهد جدیدی را گزارش می دهد که این نقاط داغ تر از گوشته پایینی اطراف هستند. و این تأثیر قابل توجهی بر میدان مغناطیسی زمین حداقل در چند صد میلیون سال گذشته داشته است.
از آنجایی که سنگ‌های آذرین که اخیراً توسط ماگمای مذاب جامد شده‌اند، در سطح زمین در حضور میدان مغناطیسی آن سرد می‌شوند، یک مغناطیس دائمی به دست می‌آورند که با جهت آن میدان در آن زمان و مکان هماهنگ است.
اکنون به خوبی شناخته شده است که این جهت با عرض جغرافیایی تغییر می کند. با این حال، ما متوجه شدیم که جهت‌های مغناطیسی ثبت شده توسط سنگ‌هایی با قدمت 250 میلیون سال نیز به جایی بستگی دارد که سنگ‌ها در طول طول تشکیل شده‌اند. این اثر به ویژه در عرض های جغرافیایی پایین قابل توجه بود. بنابراین ما تعجب کردیم که آیا Blobs ممکن است مسئول باشد.
نکته اصلی از مقایسه این مشاهدات مغناطیسی با شبیه‌سازی‌های ژئودینامویی است که روی یک ابر رایانه اجرا می‌شود. یک مجموعه با این فرض اجرا شد که سرعت جریان گرما از هسته به گوشته در سرتاسر یکسان بود.
آنها یا تمایل بسیار کمی برای تغییر طول میدان مغناطیسی نشان می دهند، یا میدانی که تولید می کنند به حالت آشفته دائمی فرو می ریزد، که با مشاهدات همخوانی ندارد.
در مقابل، زمانی که مدلی را روی سطح هسته قرار دادیم که شامل تغییرات شدید در میزان گرمای مکیده شده به گوشته بود، میدان‌های مغناطیسی رفتار متفاوتی داشتند.
واضح‌تر از همه، اگر فرض کنیم که سرعت جریان گرما در حباب‌ها تقریباً نصف سایر بخش‌های سردتر گوشته است، به این معنی است که میدان‌های مغناطیسی تولید شده توسط شبیه‌سازی‌ها حاوی ساختارهای طولی هستند که یادآور رکوردهای سنگ‌های باستانی هستند.
یافته دیگر این است که این میدان ها کمتر در معرض فروپاشی هستند. بنابراین، افزودن Blobs به ما اجازه داد تا رفتار پایدار مشاهده شده میدان مغناطیسی زمین را در محدوده وسیع تری بازتولید کنیم.
مطالب مرتبط: میدان مغناطیسی دوار زمین، که به صورت صدا شنیده می شود، ترسناک است
چیزی که به نظر می رسد این است که دو حباب داغ فلز مایع زیر خود را عایق می کنند و از اتلاف حرارت جلوگیری می کنند که در غیر این صورت باعث انقباض حرارتی مایع و فرو رفتن در هسته می شود. از آنجایی که جریان مایع در هسته، میدان مغناطیسی بیشتری ایجاد می‌کند، این دریاچه‌های فلزی راکد در فرآیند ژئودینامو شرکت نمی‌کنند.
همچنین، همانطور که تلفن همراه می تواند سیگنال خود را با قرار دادن در یک محفظه فلزی از دست بدهد، این نواحی ثابت مایع رسانا عمل می کنند تا از میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیال در گردش زیر محافظت کنند.
بنابراین، حباب‌های عظیم منجر به الگوهای مشخصه‌ای با تغییر طولی در شکل و تنوع میدان مغناطیسی زمین شدند. و این به رکورد سنگ های تشکیل شده در عرض های جغرافیایی کم اعمال می شود.
بیشتر اوقات، شکل میدان مغناطیسی زمین کاملاً شبیه به چیزی است که توسط یک آهنربای میله ای در راستای محور چرخش سیاره ایجاد می شود. این باعث می شود که قطب نما مغناطیسی در اکثر نقاط سطح زمین تقریباً به سمت شمال باشد.
فروپاشی به حالت‌های ضعیف و چند قطبی بارها در تاریخ زمین‌شناسی رخ داده است، اما نسبتاً نادر هستند و به نظر می‌رسد که میدان پس از آن نسبتاً سریع بهبود یافته است. حداقل در شبیه سازی، به نظر می رسد Blobs به این امر کمک می کند.
بنابراین، در حالی که ما هنوز چیزهای زیادی در مورد اینکه حباب ها چیست و چگونه به وجود آمده اند، داریم، ممکن است با کمک به پایدار نگه داشتن میدان مغناطیسی و مفید برای بشریت، چیزهای زیادی برای تشکر از آنها داشته باشیم.
اندرو بیگیناستاد ژئومغناطیس، دانشگاه لیورپول
این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.
