سفر به مرکز زمین: علم نشانه‌هایی از درونی‌ترین نقاط زمین را آشکار می‌کند

لرزش ناشی از زمین لرزه‌های بزرگ نکاتی را در مورد چیزی متفاوت در مرکز سیاره ارائه می‌دهد.

به‌نظر می‌رسد هسته درونی زمین، درونی‌ترین راز را در خود دارد. کتاب‌های درسی زمین‌شناسی ناگزیر شامل یک نمودار از درون زمین است که چهار لایه آن را به‌خوبی و به شرح زیر نشان می‌دهد:

لایه بیرونی نازکی از سنگ که ما روی آن زندگی می‌کنیم به‌نام پوسته.

گوشته، جایی که سنگ‌ها مانند مایعی مذاب در جریان هستند و موجب حرکت قاره‌ها و ترفیع کوه‌ها می‌شود.

یک هسته بیرونی مایع از آهن و نیکل که میدان مغناطیسی سیاره را به‌وجود می‌آورد و یک هسته داخلی جامد.

دو دانشمند استرالیایی با تجزیه‌وتحلیل تلاقی امواج لرزه‌ای ناشی از زمین لرزه‌های بزرگ، می‌گویند که یک لایه کاملاً متفاوت در مرکز زمین وجود دارد. یکی از دانشمندان، «هروویه تکالچیچ»، استاد ژئوفیزیک در دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا، گفت: «اکنون وجود درونی‌ترین هسته داخلی را تأیید کرده‌ایم.»

نشانه‌هایی از درونی‌ترین هسته زمین

دکتر تکالچیچ و «تان-سون فام»، محقق فوق دکترا، تخمین می‌زنند که درونی‌ترین هسته داخلی حدود ۱۳۰۰ کیلومتر عرض دارد؛ کل هسته داخلی حدود ۲۴۰۰ کیلومتر عرض دارد.

درحالی‌که به‌نظر می‌رسد نمودار، تقسیمات واضحی را به تصویر می‌کشد، دانش درمورد عمق داخلی زمین مبهم است. نزدیک به ۶۴۰۰ کیلومتر تا مرکز زمین فاصله است و حفاری بیش از چند کیلومتر در پوسته زمین غیرممکن است.

بیشتر چیز‌هایی که درمورد نهفته‌های زیر زمین می‌دانیم، از امواج لرزه‌ای ناشی می‌شود؛ ارتعاشات و زمین‌لرزه‌هایی که از درون و اطراف سیاره عبور می‌کنند. آن‌ها را مانند سونوگرافی غول‌پیکر از داخل اجزای زمین درنظر بگیرید؛ دانشمندان توسط همین امواج قادر به تهیه نقشه‌ها از لایه‌های درونی شده‌اند.

دو لرزه‌شناس هاروارد، «میاکی ایشی» و «آدام دزیوونسکی»، برای اولین‌بار در سال ۲۰۰۲ ایده درونی‌ترین هسته داخلی را براساس ویژگی‌های سرعت امواج لرزه‌ای که از هسته داخلی عبور می‌کنند، ارائه دادند.

دانشمندان قبلاً می‌دانستند که سرعت امواج لرزه‌ای که در این قسمت از زمین حرکت می‌کنند بسته به جهت متفاوت است. امواج در هنگام حرکت از قطبی به قطب دیگر در امتداد محور زمین سریع‌ترین و زمانی که عمود بر محور حرکت می‌کنند، کندترین حرکت را داشتند. ژئوفیزیکدانان معتقدند که تفاوت در سرعت‌ها - درصد کمی که در مسیر‌های قطبی سریع‌ترند- از هم‌ترازی بلور‌های آهن در هسته داخلی ناشی می‌شود.

امواج لرزه‌ای که به شکل s منتشر می‌شوند و محیط را در یک جهت و سپس در جهت دیگر منحرف می‌کنند.

اما لرزه‌شناسان هاروارد می‌گویند در یک منطقه کوچک در مرکز، کندترین امواج، امواجی بودند که به‌جای ۹۰ درجه با زاویه ۴۵ درجه حرکت می‌کردند. بااین‌حال داده‌های موجود در آن زمان برای متقاعدکردن همه بسیار کم بود.

بهترین اندازه‌گیری‌ها از امواج لرزه‌ای مواردی‌اند که از مبدأ زلزله و درونی‌ترین هسته داخلی مستقیماً به سمت زمین حرکت می‌کنند. بااین‌حال، تشخیص آن‌ها معمولاً نیازمند یک لرزه‌سنج است که تقریباً در سمت دیگر زمین قرار دارد و آن نقطه وسط اقیانوس است.

امواج لرزه‌ای چگونه به این کشف کمک می‌کنند؟

مقاله جدید از این واقعیت بهره می‌برد که امواج لرزه‌ای نیز به عقب بازمی‌گردند؛ بنابراین یک لرزه‌سنج نزدیک به مرکز زمین‌لرزه می‌تواند انعکاس موجی را که از زمین عبور کرده و به عقب برگشته و دوبار از درونی‌ترین هسته داخلی عبور کرده است، تشخیص دهد. آن‌ها همچنین می‌توانند برای بار دوم به عقب و جلو منعکس شوند و چهار بار از درونی‌ترین هسته عبور کنند.

در سال‌های اخیر، لرزه‌سنج‌های زیادی به‌ویژه در ایالات متحده مستقر شده‌اند. ترکیب سیگنال‌های چندین ابزار، تشخیص انعکاس‌های ضعیف ناشی از زمین‌لرزه‌هایی با بزرگی ۶ ریشتر یا بیشتر را امکان‌پذیر کرد. دکتر تکالچیچ گفت: «ما ۲۰۰ رویداد را پردازش کردیم و متوجه شدیم که ۱۶ مورد از آن‌ها دارای این امواج بازگشتی هستند.»

برای یک زمین لرزه که در سال ۲۰۱۷ در جزایر سلیمان رخ داد، امواجی که پنج بار از درونی‌ترین هسته عبور کردند، توسط لرزه‌نگار‌هایی که به‌طور تصادفی در سمت دیگر سیاره قرار گرفتند، شناسایی شدند.

«جورج هلفریچ» از مؤسسه فناوری توکیو در مؤسسه علوم زمین-حیات در ژاپن که درگیر این تحقیق نبود، گفت: «آن‌ها را به‌خاطر به‌انجام‌رساندن مشاهداتی که ممکن است منجر به مطالعات بیشتر برای کشف ابهامات درباره ساختار هسته داخلی شود، تحسین می‌کنم.»

به‌نظر نمی‌رسد تفاوت قابل‌توجهی در ترکیب بین بیرونی و داخلی‌ترین قسمت هسته داخلی وجود داشته باشد و انتقال تدریجی است و تند نیست.

«ورنون کورمیر»، استاد فیزیک در دانشگاه کانکتیکات که در این تحقیق مشارکتی نداشت، گفت که این رویداد می‌تواند به تغییراتی در گذشته باستانی زمین اشاره کند. به گفته دکتر کورمیر، هسته داخلی از نظر زمین‌شناسی نسبتاً جوان است؛ تخمین زده می‌شود که از ۶۰۰ میلیون تا یک میلیارد سال متغیر است. این مدت زمان تنها کسری از تاریخ ۴/۵ میلیارد ساله سیاره است و ساختار هسته جامد پیچیده به نظر می‌رسد. در ژانویه، دانشمندان دیگری گزارش دادند که سرعت چرخش هسته داخلی تغییر می‌کند.

دکتر کورمیر گفت دلیلی که مردم ساختار هسته داخلی را مطالعه می‌کنند این است که سعی می‌کنند آن را به میدان مغناطیسی زمین مرتبط کنند. آن‌ها تغییراتی در میدان مغناطیسی زمین را آزمایش خواهند کرد که ممکن است همزمان با تغییر در شکل هسته داخلی رخ داده باشد.

منبع: دیجیاتو