يبرد باطن الأرض أسرع من المتوقع

أظهر الباحثون في ETH في زيورخ في المختبر مدى جودة المعدن الشائع عند الحدود بين لب الأرض والوشاح في توصيل الحرارة. هذا يقودهم إلى الشك في أن حرارة الأرض قد تتبدد في وقت أقرب مما كان يعتقد سابقًا.

تطور كوكب الأرض هو قصة برودة: قبل 4.5 مليار سنة ، درجات الحرارة القصوى ساد على سطح الأرض الفتية ، وكان مغطى بمحيط عميق من الصهارة. على مدى ملايين السنين ، برد سطح الكوكب ليشكل قشرة هشة. ومع ذلك ، فإن الطاقة الحرارية الهائلة المنبثقة من باطن الأرض تعمل على تحريك العمليات الديناميكية ، مثل الحمل الحراري للوشاح ، وتكتونية الصفائح والبراكين.

ومع ذلك ، لا تزال الأسئلة المتعلقة بمدى سرعة تبريد الأرض والمدة التي قد يستغرقها هذا التبريد المستمر لإيقاف العمليات الحرارية المذكورة أعلاه دون إجابة.

قد تكمن إحدى الإجابات المحتملة في الموصلية الحرارية للمعادن التي تشكل الحدود بين لب الأرض وغطاءها.

هذه الطبقة الحدودية ذات صلة لأنها هنا حيث تكون الصخور اللزجة لوشاح الأرض على اتصال مباشر مع ذوبان الحديد والنيكل الساخن في اللب الخارجي للكوكب. ال تدرج درجة الحراره بين الطبقتين شديد الانحدار ، لذلك من المحتمل أن يكون هناك الكثير من الحرارة المتدفقة هنا. تتكون الطبقة الحدودية بشكل أساسي من معدن بريدجمانيت. ومع ذلك ، يواجه الباحثون صعوبة في تقدير مقدار الحرارة التي يمر بها هذا المعدن من لب الأرض إلى الوشاح لأن التحقق التجريبي صعب للغاية.

الآن ، طور أستاذ ETH Motohiko Murakami وزملاؤه من معهد كارنيجي للعلوم نظام قياس متطورًا يمكنهم من قياس التوصيل الحراري للبريدجمانيت في المختبر ، تحت ظروف الضغط ودرجة الحرارة السائدة داخل الأرض. بالنسبة للقياسات ، استخدموا نظام قياس الامتصاص البصري المطور حديثًا في وحدة الماس المسخنة بالليزر النبضي.

يقول موراكامي: “يتيح لنا نظام القياس هذا أن نظهر أن الموصلية الحرارية للبريدجمانيت أعلى بحوالي 1.5 مرة مما هو مفترض”. يشير هذا إلى أن تدفق الحرارة من اللب إلى الوشاح أعلى أيضًا مما كان يُعتقد سابقًا. يؤدي تدفق الحرارة الأكبر ، بدوره ، إلى زيادة الحمل الحراري في الوشاح ويسرع تبريد الأرض. هذا قد يسبب الصفائح التكتونية، والتي تستمر من خلال حركات الحمل الحراري في الوشاح ، لتتباطأ بشكل أسرع مما كان يتوقعه الباحثون بناءً على قيم التوصيل الحراري السابقة.

أظهر موراكامي وزملاؤه أيضًا أن التبريد السريع للوشاح سيغير الأطوار المعدنية المستقرة عند حدود اللب-الوشاح. عندما يبرد ، يتحول بريدجمانيت إلى معدن بوست بيروفسكايت. ولكن بمجرد ظهور مادة البوست بيروفسكايت عند حدود اللب والوشاح وتبدأ في الهيمنة ، فإن تبريد الوشاح قد يتسارع بالفعل ، حسب تقديرات الباحثين ، لأن هذا المعدن ينقل الحرارة بشكل أكثر كفاءة من البردجمانيت.

يوضح موراكامي: “يمكن أن تعطينا نتائجنا منظورًا جديدًا لتطور ديناميكيات الأرض. فهي تشير إلى أن الأرض ، مثل الكواكب الصخرية الأخرى عطارد والمريخ ، تبرد وتصبح غير نشطة بشكل أسرع بكثير مما كان متوقعًا”.

ومع ذلك ، لا يمكنه تحديد الوقت الذي سيستغرقه ، على سبيل المثال ، لتوقف تيارات الحمل الحراري في الوشاح. ما زلنا لا نعرف ما يكفي عن هذه الأنواع من الأحداث لتحديد توقيتها. للقيام بذلك يتطلب أولاً فهمًا أفضل لكيفية القيام بذلك عباءة الحمل يعمل من الناحية المكانية والزمانية. علاوة على ذلك ، يحتاج العلماء إلى توضيح كيفية تأثير تحلل العناصر المشعة في باطن الأرض – وهو أحد المصادر الرئيسية للحرارة – على ديناميكيات عباءة.