زمین برای ما مانند یک پیاز بزرگ با لایههای تو در تو است که در مرکز آن، دنیایی از مواد مذاب و فشارهای خردکننده قرار دارد. اگرچه انسانها توانستهاند به اعماق عمیقترین نقاط اقیانوسها نفوذ کنند یا بر سطح ماه قدم بگذارند، اما هسته زمین همچنان محیطی بیگانه و غیرقابل دسترس باقی مانده است که هیچکس هرگز نمیتواند شخصاً آن را تجربه کند.
در مطالعهای جدید، دانشمندان به بررسی یکی از عجیبترین مواد شناختهشده پرداختهاند: «هیدروژن سوپریونیک». این شکل خاص از هیدروژن که تنها در شرایط بسیار شدید وجود دارد، مانند مایع جریان مییابد و الکتریسیته را هدایت میکند. پژوهشگران بر این باورند که این ماده ممکن است در هسته زمین بسیار فراوان باشد.
تیم تحقیقاتی برای درک بهتر این عنصر، سه مدل مختلف از آن را شبیهسازی کرد که شامل دو نوع آلیاژ آهن-هیدروژن با ساختارهای کریستالی متفاوت بود. اولین مدل، آرایش «هگزاگونال فشرده» (HCP) است که پایداری ترمودینامیکی بیشتری از خود نشان میدهد.
مدل دوم، آرایش «مکعبی مرکز-پر» (BCC) است. محاسبات نشان میدهد که این فاز انرژی آزاد بیشتری دارد و در نتیجه ناپایدارتر و واکنشپذیرتر است. محققان اعلام کردند که اگرچه هیدروژن میتواند فاز BCC را در دماهای بسیار بالا تثبیت کند، اما این شرایط به قدری شدید است که احتمالاً منجر به ذوب شدن ساختار و تبدیل آن به یک معجون مذاب میشود.
بنابراین، به نظر میرسد ساختار HCP محتملترین حالتی است که در هسته داخلی زمین وجود دارد. در این میان، غلظت هیدروژن با حرکت از مرز هسته بیرونی به سمت مرکز هسته داخلی، به شکلی محسوس به شدت کاهش مییابد. این جابجایی مداوم هیدروژن سوپریونیک میتواند به عنوان منبع انرژی برای دیناموی زمین عمل کند؛ فرآیندی که محققان آن را یک وضعیت مهمی برای ایجاد شناوری شیمیایی میدانند.
علاوه بر هیدروژن، عناصر سبک دیگری مانند اکسیژن و کربن نیز که ماهیتی متمایل به مایع دارند، در این معادلات نقش مهمی ایفا میکنند. در نهایت، دانشمندان نتیجهگیری کردند که توزیع غیریکنواخت هیدروژن در هسته داخلی، نتیجه مستقیم تعادل ترمودینامیکی است. این یافتههای علمی که در نشریه آکادمی ملی علوم منتشر شده، دریچهای جدید به سوی درک تکامل و دینامیک درونی سیاره ما میگشاید.
یافتههای کلیدی درباره هسته زمین
تحقیقات نشان میدهد که دمای هسته، بیش از فشار، تعیینکننده نحوه توزیع و پایداری هیدروژن در اعماق زمین است. این مکانیسم احتمالاً در مورد سایر عناصر سبک نیز صدق میکند و درک ما از ساختار درونی سیاره را متحول خواهد کرد.
