أكد العلماء أن نواة الأرض الداخلية تباطأت كثيرًا حتى أنها تتحرك للخلف. وهذا ما قد يعنيه ذلك

اشترك في النشرة العلمية Wonder Theory من CNN. استكشف الكون من خلال الأخبار حول الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.

سي إن إن
—

في أعماق الأرض توجد كرة معدنية صلبة تدور بشكل مستقل عن كوكبنا الدوار، مثل قمة تدور داخل قمة أكبر، محاطة بالغموض.

لقد أثار هذا اللب الداخلي فضول الباحثين منذ اكتشافه من قبل عالم الزلازل الدنماركي إنجي ليمان في عام 1936، وكانت كيفية تحركه – سرعة دورانه واتجاهه – محور نقاش استمر لعقود من الزمن. تشير مجموعة متزايدة من الأدلة إلى أن دوران اللب قد تغير بشكل كبير في السنوات الأخيرة، لكن العلماء ظلوا منقسمين بشأن ما يحدث بالضبط – وما يعنيه ذلك.

إن جزءاً من المشكلة يكمن في استحالة رصد أو أخذ عينات مباشرة من باطن الأرض العميق. وقد جمع علماء الزلازل معلومات عن حركة النواة الداخلية من خلال فحص سلوك الموجات الناتجة عن الزلازل الكبيرة التي تضرب هذه المنطقة. وقد مكنت الاختلافات بين الموجات ذات القوة المتشابهة التي مرت عبر النواة في أوقات مختلفة العلماء من قياس التغيرات في موضع النواة الداخلية وحساب دورانها.

قالت الدكتورة لورين واسزيك، المحاضرة البارزة في العلوم الفيزيائية بجامعة جيمس كوك في أستراليا: “تم اقتراح الدوران التفاضلي للنواة الداخلية كظاهرة في السبعينيات والثمانينيات، ولكن لم يتم نشر الأدلة الزلزالية حتى التسعينيات”.

لكن الباحثين تجادلوا حول كيفية تفسير هذه النتائج، “وذلك في المقام الأول بسبب التحدي المتمثل في إجراء ملاحظات تفصيلية للنواة الداخلية، بسبب بعدها والبيانات المحدودة المتاحة”، كما قالت وازك. ونتيجة لذلك، أضافت أن “الدراسات التي تلت ذلك على مدى السنوات والعقود التالية تختلف حول معدل الدوران، وكذلك اتجاهه فيما يتعلق بالوشاح”. حتى أن بعض التحليلات اقترحت أن النواة لا تدور على الإطلاق.

نموذج واعد مقترح في عام 2023 وصف العلماء نواة داخلية كانت تدور في الماضي بسرعة أكبر من سرعة دوران الأرض نفسها، لكنها الآن تدور بسرعة أبطأ. وذكر العلماء أن دوران النواة كان يطابق دوران الأرض لفترة من الوقت. ثم تباطأ أكثر، حتى بدأ النواة تتحرك للخلف بالنسبة للطبقات السائلة المحيطة بها.

في ذلك الوقت، حذر بعض الخبراء من أن هناك حاجة إلى مزيد من البيانات لتعزيز هذا الاستنتاج، والآن قدم فريق آخر من العلماء أدلة جديدة مقنعة لهذه الفرضية حول معدل دوران اللب الداخلي. نُشر البحث في الثاني عشر من يونيو في مجلة طبيعة ولكن هذا لا يؤكد فقط تباطؤ الاقتصاد الأساسي، بل يدعم اقتراح عام 2023 بأن هذا التباطؤ الأساسي هو جزء من نمط طويل الأمد من التباطؤ والتسارع.

وتؤكد النتائج الجديدة أيضًا أن التغيرات في سرعة الدوران تتبع دورة مدتها 70 عامًا، وفقًا لما قاله أحد مؤلفي الدراسة. الدكتور جون فيدالأستاذ عميد علوم الأرض في كلية دورنسيف للآداب والفنون والعلوم بجامعة جنوب كاليفورنيا.

قال فيدال: “لقد كنا نتجادل حول هذا الأمر لمدة 20 عامًا، وأعتقد أن هذا هو الحل الصحيح. أعتقد أننا أنهينا المناقشة حول ما إذا كان النواة الداخلية تتحرك، وما هو نمطها خلال العقدين الماضيين”.

ولكن ليس الجميع مقتنعين بأن الأمر محسوم، وكيف يمكن لتباطؤ النواة الداخلية أن يؤثر على كوكبنا لا يزال سؤالا مفتوحا – على الرغم من أن بعض الخبراء يقولون إن المجال المغناطيسي للأرض يمكن أن يلعب دورا.

يقع اللب الداخلي المعدني الصلب على عمق 3220 ميلاً (5180 كيلومترًا) داخل الأرض، ويحيط به لب خارجي معدني سائل. يتكون اللب الداخلي في الغالب من الحديد والنيكل، ويقدر أن حرارته تعادل سطح الشمس – حوالي 9800 درجة فهرنهايت (5400 درجة مئوية).

يجذب المجال المغناطيسي للأرض هذه الكرة الصلبة من المعدن الساخن، مما يجعلها تدور. وفي الوقت نفسه، تعمل جاذبية وتدفق اللب الخارجي السائل والوشاح على سحب اللب. وعلى مدى عقود عديدة، تسبب دفع وجذب هذه القوى اختلافات في سرعة دوران اللب، كما قال فيدال.

إن تدفق السائل الغني بالمعادن في اللب الخارجي يولد تيارات كهربائية تغذي المجال المغناطيسي للأرض، والذي يحمي كوكبنا من الإشعاع الشمسي القاتل. وعلى الرغم من أن التأثير المباشر للنواة الداخلية على المجال المغناطيسي غير معروف، فقد أبلغ العلماء سابقًا عن في عام 2023 أن النواة التي تدور ببطء قد تؤثر عليها وقد تؤدي أيضًا إلى تقصير طول اليوم بشكل جزئي.

عندما يحاول العلماء “رؤية” الكوكب بأكمله، فإنهم يتتبعون عمومًا نوعين من الموجات الزلزالية: موجات الضغط، أو موجات P، وموجات القص، أو موجات S. تتحرك موجات P عبر جميع أنواع المواد؛ وتتحرك موجات S فقط عبر المواد الصلبة أو السوائل شديدة اللزوجة، وفقًا لـ هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية.

لاحظ علماء الزلازل في ثمانينيات القرن التاسع عشر أن الموجات S التي تولدها الزلازل لا تمر عبر الأرض بالكامل، ولذلك استنتجوا أن نواة الأرض منصهرة. لكن بعض الموجات P، بعد مرورها عبر نواة الأرض، ظهرت في أماكن غير متوقعة – “منطقة الظل”، كما قال ليمان. أطلق عليه اسم – خلق شذوذات كان من المستحيل تفسيرها. كان ليمان أول من اقترح أن الموجات P المضطربة قد تتفاعل مع نواة داخلية صلبة داخل النواة الخارجية السائلة، استنادًا إلى بيانات من زلزال هائل في نيوزيلندا عام 1929.

ومن خلال تتبع الموجات الزلزالية من الزلازل التي مرت عبر اللب الداخلي للأرض على مسارات مماثلة منذ عام 1964، وجد مؤلفو الدراسة التي أجريت عام 2023 أن الدوران يتبع دورة مدتها 70 عامًا. وبحلول سبعينيات القرن العشرين، كان اللب الداخلي يدور أسرع قليلاً من الكوكب. ثم تباطأ حوالي عام 2008، ومن عام 2008 إلى عام 2023 بدأ يتحرك في الاتجاه المعاكس قليلاً، بالنسبة للوشاح.

وفي الدراسة الجديدة، لاحظ فيدال وزملاؤه موجات زلزالية ناتجة عن الزلازل في نفس المواقع في أوقات مختلفة. ووجدوا 121 مثالاً لمثل هذه الزلازل التي حدثت بين عامي 1991 و2023 في جزر ساندويتش الجنوبية، وهي أرخبيل من الجزر البركانية في المحيط الأطلسي إلى الشرق من أقصى جنوب أمريكا الجنوبية. كما نظر الباحثون في موجات الصدمة التي اخترقت النواة من التجارب النووية السوفييتية التي أجريت بين عامي 1971 و1974.

وقال فيدال إن دوران القلب يؤثر على وقت وصول الموجة. وبمقارنة توقيت الإشارات الزلزالية أثناء ملامستها للقلب، كشف ذلك عن تغيرات في دوران القلب بمرور الوقت، مما يؤكد دورة الدوران التي تستمر 70 عامًا. ووفقًا لحسابات الباحثين، فإن القلب أصبح جاهزًا تقريبًا للبدء في التسارع مرة أخرى.

وبالمقارنة بدراسات الزلازل الأخرى التي تقيس الزلازل الفردية أثناء مرورها عبر النواة – بغض النظر عن وقت حدوثها – فإن استخدام الزلازل المزدوجة فقط يقلل من كمية البيانات القابلة للاستخدام، “ما يجعل الطريقة أكثر تحديًا”، كما قال واسزيك. ومع ذلك، فإن القيام بذلك مكّن العلماء أيضًا من قياس التغيرات في دوران النواة بدقة أكبر، وفقًا لفيدال. إذا كان نموذج فريقه صحيحًا، فإن دوران النواة سيبدأ في التسارع مرة أخرى في غضون حوالي خمسة إلى عشرة أعوام.

وكشفت أجهزة قياس الزلازل أيضًا أنه خلال دورة الـ 70 عامًا، يتباطأ دوران اللب ويتسارع بمعدلات مختلفة، “وهو ما سيحتاج إلى تفسير”، كما قال فيدال. أحد الاحتمالات هو أن اللب الداخلي المعدني ليس صلبًا كما هو متوقع. وقال إنه إذا تشوه أثناء دورانه، فقد يؤثر ذلك على تناسق سرعته الدورانية.

وتشير حسابات الفريق أيضًا إلى أن النواة لديها معدلات دوران مختلفة للحركة للأمام والخلف، وهو ما يضيف “مساهمة مثيرة للاهتمام في الخطاب”، كما قال واسزيك.

لكن عمق النواة الداخلية وعدم إمكانية الوصول إليها يعني أن الشكوك لا تزال قائمة، كما أضافت. أما فيما يتعلق بما إذا كان النقاش حول دوران النواة قد انتهى حقًا أم لا، فقالت وازك: “نحن بحاجة إلى المزيد من البيانات والأدوات المتعددة التخصصات المحسنة للتحقيق في هذا الأمر بشكل أكبر”.

وقال فيدال إن التغيرات في دوران اللب ـ على الرغم من إمكانية تتبعها وقياسها ـ غير محسوسة تقريباً بالنسبة للناس على سطح الأرض. فعندما يدور اللب ببطء أكثر، تتسارع حركة الوشاح. وهذا التحول يجعل الأرض تدور بشكل أسرع، ويقصر طول اليوم. لكن مثل هذه التحولات الدورانية تترجم إلى مجرد جزء من الألف من الثانية في طول اليوم، كما قال.

“من حيث هذا التأثير على حياة الشخص؟” قال. “لا أستطيع أن أتخيل أن هذا يعني الكثير.”

يدرس العلماء النواة الداخلية لمعرفة كيف تشكلت باطن الأرض العميق وكيف ترتبط الأنشطة عبر جميع طبقات الكوكب تحت السطحية. وأضاف فيدال أن المنطقة الغامضة حيث يلف اللب الخارجي السائل النواة الداخلية الصلبة مثيرة للاهتمام بشكل خاص. وباعتبارها مكانًا حيث يلتقي السائل والصلب، فإن هذه الحدود “مليئة بإمكانات النشاط”، مثل حدود اللب والوشاح والحدود بين الوشاح والقشرة.

وقال “قد يكون لدينا براكين على حدود النواة الداخلية، على سبيل المثال، حيث تلتقي المواد الصلبة والسائلة وتتحرك”.

ولأن دوران اللب الداخلي يؤثر على الحركة في اللب الخارجي، فمن المعتقد أن دوران اللب الداخلي يساعد في تغذية المجال المغناطيسي للأرض، على الرغم من أن الأمر يتطلب المزيد من البحث لكشف دوره الدقيق. وقال واسزيك إن هناك الكثير مما يتعين تعلمه عن البنية الكلية لللب الداخلي.

“ستكون المنهجيات الجديدة والمستقبلية محورية للإجابة على الأسئلة المستمرة حول النواة الداخلية للأرض، بما في ذلك الدوران.”

ميندي ويسبرجر هي كاتبة علمية ومنتجة إعلامية ظهرت أعمالها في مجلة Live Science وScientific American وHow It Works.