دمای «هستۀ زمین» چقدر است؟

فرادید| سیارۀ زمین زمانی که حدود ۴.۵ میلیارد سال پیش شکل گرفت، توده‌ای از سنگ‌های مذاب بود. با گذشت زمان، عناصر سنگین‌تر مانند آهن و نیکل به مرکز سیاره فرو رفتند و هسته اولیه زمین را تشکیل دادند.

به گزارش فرادید؛ امروزه هسته زمین همچنان کره‌ای فوق‌العاده داغ و متراکم در اعماق سیاره ماست. این هسته از یک بخش بیرونی مایع تشکیل شده که از عمق حدود ۲۹۰۰ کیلومتری زیر سطح زمین آغاز می‌شود و تا حدود ۲۲۰۰ کیلومتر امتداد دارد. همچنین یک هسته درونی جامد وجود دارد که از عمق تقریبی ۵۱۵۰ کیلومتری شروع می‌شود و شعاع آن حدود ۱۲۲۰ کیلومتر است.

اما دمای هسته زمین دقیقاً چقدر است و دانشمندان چگونه توانسته‌اند آن را اندازه‌گیری کنند، در حالی که انسان هرگز نتوانسته تا آن عمق حفاری کند؟

دانشمندان با استفاده از ترکیبی از روش‌های مختلف تخمین زده‌اند که دمای هسته زمین تقریباً به اندازه سطح خورشید است؛ یعنی چیزی حدود ۵۰۰۰ تا بیش از ۵۵۰۰ درجه سانتی‌گراد. این دما مربوط به مرز میان هسته درونی و هسته بیرونی است که تصور می‌شود داغ‌ترین بخش هسته باشد.

البته این دما مستقیماً اندازه‌گیری نشده است. بلکه دانشمندان آن را از طریق آزمایش‌ها و مدل‌های نظری درباره ترکیب هسته به دست آورده‌اند.

مرکز زمین عمدتاً از آهن تشکیل شده و حدود ۸۵ درصد آن را آهن به همراه نیکل و عناصر سبک‌تر دیگر تشکیل می‌دهد. این ماده در هسته بیرونی به شکل مایع و در هسته درونی به شکل جامد وجود دارد. پژوهشگران این ویژگی‌ها را از طریق آزمایش‌های روی آلیاژهای آهن تحت فشار بسیار بالا، بررسی ترکیب شهاب‌سنگ‌ها و مطالعه رفتار امواج لرزه‌ای هنگام عبور از درون زمین کشف کرده‌اند.

از آنجا که هسته بیرونی زمین عمدتاً از آهن مایع تشکیل شده، دمای آن باید از نقطه ذوب آهن بالاتر باشد. نقطه ذوب آهن خالص روی سطح زمین حدود ۱۵۳۸ درجه سانتی‌گراد است، اما این عدد فشار عظیم اعماق زمین را در نظر نمی‌گیرد. فشار شدید باعث افزایش نقطه ذوب آهن و بسیاری از مواد دیگر می‌شود. به همین دلیل هسته درونی با وجود دمای بسیار بالا همچنان جامد باقی مانده است.

برای تعیین دمای ذوب آهن در چنین فشارهای فوق‌العاده‌ای، دانشمندان آزمایش‌های متعددی انجام داده‌اند. در برخی آزمایش‌ها قطعه‌ای آهن را میان دو الماس بسیار تیز قرار داده‌اند تا فشار عظیمی ایجاد شود و سپس با لیزر آن را تا دماهای بسیار بالا گرم کرده‌اند. در روش‌های دیگر نیز با پرتابه‌های پرسرعت یا امواج ضربه‌ای فشار خردکننده‌ای را شبیه‌سازی کرده‌اند. نتایج این آزمایش‌ها سپس به فشارهای موجود در مرز هسته درونی و بیرونی تعمیم داده شد و دمایی بین حدود ۵۰۰۰ تا بیش از ۵۵۰۰ درجه سانتی‌گراد به دست آمد.

شیشون هوانگ، استاد زمین‌شناسی دانشگاه سان یات‌سن چین، می‌گوید: «تا حدی هرچه درباره هسته زمین می‌دانیم، نوعی حدس علمی و حساب‌شده است.» بسیاری از فرایندها، مانند چگونگی تبلور هسته درونی جامد، همچنان ناشناخته باقی مانده‌اند.

هسته مایع بیرونی زمین همچنین میدان مغناطیسی سیاره را تولید می‌کند؛ میدانی که زمین و حیات روی آن را از بادهای خورشیدی خطرناک محافظت می‌کند.

بخش زیادی از گرمای هسته به تاریخچه شکل‌گیری سیاره مربوط می‌شود. هنگام تولد زمین، مواد مختلفی از جمله آهن موجود در هسته به سوی هم کشیده شدند و انرژی گرانشی حاصل به گرما تبدیل شد.

علاوه بر این، دانشمندان معتقدند در دوران اولیه شکل‌گیری زمین، جرمی در اندازه مریخ با سیاره جوان ما برخورد کرده و مقدار عظیمی گرما به درون آن منتقل کرده است. برخی پژوهشگران نیز فکر می‌کنند عناصر رادیواکتیوی مانند پتاسیم، اورانیوم و توریم در گرمای داخلی زمین نقش دارند، هرچند وجود این عناصر در اعماق زمین هنوز محل بحث است.

هسته داغ زمین همچنین یکی از دلایل اصلی امکان وجود حیات روی این سیاره است. برخلاف بسیاری از سیارات دیگر، درون زمین بخش زیادی از گرمای اولیه خود را حفظ کرده است.

کوئنتین ویلیامز، فیزیک‌دان مواد معدنی، می‌گوید زمین در خنک شدن چندان موفق نبوده و مقدار زیادی از گرمای آغازین خود را نگه داشته است. به همین دلیل زمین دارای ویژگی‌هایی مانند تکتونیک صفحه‌ای است؛ فرایندی که صفحات سطح زمین را جابه‌جا می‌کند، مواد مغذی را از اعماق بالا می‌آورد و محیط‌های متنوعی برای تکامل و رشد حیات ایجاد می‌کند. همچنین هسته آهنی نیمه‌مایع زمین میدان مغناطیسی محافظ سیاره را تولید می‌کند.

هوانگ می‌گوید: «اگر برای حیات اهمیت قائل هستید، باید به درون زمین هم اهمیت بدهید.» همین هسته فوق‌العاده داغ در مرکز سیاره است که امکان ادامه زندگی ما روی زمین را فراهم کرده است.