هسته زمین شکل دوناتی بزرگ و پنهانی دارد

• هسته زمین از دو بخش تشکیل شده است، یک هسته جامد درونی و یک هسته خارجی مایع.
• دانشمندان به تازگی یک منطقه بزرگ به شکل دونات را در هسته بیرونی کشف کردند. آنها از روش جدیدی برای اندازه گیری امواج لرزه ای برای یافتن آن استفاده کردند.
• میدان مغناطیسی زمین از هسته بیرونی مایع تغذیه می شود. این کشف سرنخ های جدیدی در مورد دینامیک میدان مغناطیسی ارائه می دهد.

یک هسته داخلی که جامد است و یک هسته خارجی که مایع است وجود دارد. و اکنون، دانشمندان منطقه ای به شکل دونات را در بالای هسته بیرونی کشف کرده اند. در ۱۳ شهریور ۱۴۰۳، محققان دانشگاه ملی استرالیا گفتند که با تجزیه و تحلیل امواج لرزه ای که از هسته عبور می کنند، ویژگی دونات شکل را پیدا کردند. دونات در بالای هسته مایع بیرونی قرار می گیرد، جایی که هسته به گوشته می رسد.

امواج لرزه ای ۲ درصد کندتر در این منطقه دونات حرکت می کنند. ژئوفیزیکدان Hrvoje Tkalcic و Xiaolong Ma مطالعه جدید در مورد هسته زمین را رهبری کردند. Tkalcic نوشت:

ما فکر می‌کنیم که این منطقه حاوی عناصر سبک‌تری مانند سیلیکون و اکسیژن است و ممکن است نقش مهمی در جریان‌های عظیم فلز مایع که از هسته عبور می‌کند و میدان مغناطیسی زمین را ایجاد می‌کند، ایفا کند.

دانشمندان یافته‌های بررسی شده خود را در Science Advances در ۹ شهریور ۱۴۰۳ منتشر کردند.

یک دونات غول پیکر در هسته زمین

محققان با مطالعه نحوه حرکت امواج لرزه ای در هسته زمین، منطقه دونات شکل را کشف کردند. آنها دریافتند که امواج در دونات کندتر از بقیه هسته بیرونی حرکت می کنند. این امکان ترسیم شکل، اندازه و محل دونات را فراهم کرد.

دونات در بالای هسته مایع بیرونی قرار می گیرد. اینجاست که هسته مایع با گوشته اطراف تماس پیدا می کند. تکالچیچ همچنین گفت:

این منطقه به موازات صفحه استوایی قرار دارد، محدود به عرض های جغرافیایی کم است و شکل دونات دارد. ما ضخامت دقیق دونات را نمی دانیم، اما استنباط کردیم که به چند صد کیلومتر زیر مرز هسته و گوشته می رسد.

به گفته محققان، ویژگی دونات تاکنون شناسایی نشده بود.

روشی جدید برای اندازه گیری امواج لرزه ای

محققان امواج لرزه‌ای را اندازه‌گیری کردند – مانند امواجی که در اثر زمین‌لرزه ایجاد می‌شوند – تا این کشف را انجام دهند. با این حال، برای این مطالعه، آنها رویکرد متفاوتی را در پیش گرفتند. معمولاً دانشمندان سیگنال های لرزه ای را در یک ساعت اول پس از زلزله مطالعه می کنند. اما این بار تا ساعاتی بعد منتظر ماندند. این امر سرعت کم امواج را از طریق بخشی از هسته بیرونی آشکار کرد. تکالچیچ توضیح داد:

با درک هندسه مسیر امواج و نحوه عبور آنها از حجم هسته خارجی، زمان سفر آنها را در زمین بازسازی کردیم و نشان دادیم که منطقه تازه کشف شده دارای سرعت لرزه ای پایینی است.

ساختار عجیب و غریب تا کنون پنهان مانده بود زیرا مطالعات قبلی با مشاهده امواجی که معمولاً در عرض یک ساعت پس از زمان وقوع زلزله‌های بزرگ محدود می‌شدند، داده‌هایی را با پوشش حجمی کمتری از هسته خارجی جمع‌آوری کردند.

ما توانستیم به پوشش حجمی بسیار بهتری دست یابیم زیرا امواج طنین دار را برای ساعت های زیادی پس از زلزله های بزرگ مطالعه کردیم.

اسرار هسته و میدان مغناطیسی زمین

کشف دونات به دانشمندان کمک می کند تا اسرار هسته و میدان مغناطیسی زمین را حل کنند. ما گفت:

هنوز معماهایی در مورد هسته بیرونی زمین وجود دارد که هنوز حل نشده است، که نیازمند تلاش های چند رشته ای از زلزله شناسی، فیزیک معدنی، ژئومغناطیس و ژئودینامیک است.

همانطور که تکالچیچ همچنین خاطرنشان کرد:

یافته‌های ما جالب هستند زیرا این سرعت کم در هسته مایع نشان می‌دهد که غلظت بالایی از عناصر شیمیایی سبک در این مناطق داریم که باعث کاهش سرعت امواج لرزه‌ای می‌شود. این عناصر سبک، در کنار اختلاف دما، به هم زدن مایع در هسته خارجی کمک می کنند.

علاوه بر این، ترکیب هسته بیرونی مستقیماً با رفتار میدان مغناطیسی مرتبط است. درک بهتر این موضوع به دانشمندان کمک می کند تا بدانند چه زمانی ممکن است ضعیف شود. و این، البته، ضروری است، زیرا میدان مغناطیسی به محافظت از تمام حیات روی زمین در برابر تشعشعات خطرناک خورشید کمک می کند. تکالچیچ گفت:

میدان مغناطیسی یک عنصر اساسی است که ما برای تداوم حیات در سطح سیاره خود به آن نیاز داریم.

یافته‌های ما جالب هستند زیرا این سرعت کم در هسته مایع نشان می‌دهد که غلظت بالایی از عناصر شیمیایی سبک در این مناطق داریم که باعث کاهش سرعت امواج لرزه‌ای می‌شود. این عناصر سبک، در کنار اختلاف دما، به هم زدن مایع در هسته خارجی کمک می کنند.

علاوه بر این، ترکیب هسته بیرونی مستقیماً با رفتار میدان مغناطیسی مرتبط است. درک بهتر این موضوع به دانشمندان کمک می کند تا بدانند چه زمانی ممکن است ضعیف شود. و این، البته، ضروری است، زیرا میدان مغناطیسی به محافظت از تمام حیات روی زمین در برابر تشعشعات خطرناک خورشید کمک می کند. تکالچیچ گفت:

میدان مغناطیسی یک عنصر اساسی است که ما برای تداوم حیات در سطح سیاره خود به آن نیاز داریم.