درون زمین سریعتر از چیزی که فکر میکردیم در حال سرد شدن است
دانشمندان دریافتهاند که مانند مریخ و عطارد، زمین هم بسیار سریعتر از تصور قبلی در حال سرد و غیرفعال شدن است.
تکامل سیارهی زمین را میتوان با تاریخچهی سرد شدن در طول ۴٫۵ میلیارد سال گذشته توصیف کرد، زمانی که سطح سیارهی ما با اقیانوس عظیمی از ماگما پوشیده شده بود. طی میلیونها سال، سطح سیاره سرد شد و پوستهای شکننده تشکیل داد. اگرچه برخی از پرسشها دربارهی روند این تکامل بیپاسخ مانده است. ازجمله اینکه زمین با چه سرعتی سرد شد و چه مدت ممکن است طول بکشد تا این خنک شدن پیوسته، فرآیندهای گرمایی زمین را متوقف کند؟
رسانش گرمایی مواد معدنی میتواند پاسخی به این پرسش باشد. این رسانش گرمایی یا هدایت حرارتی مواد معدنی، مرز میان هسته و گوشتهی زمین را تشکیل میدهد. در این لایهی مرزی سنگهای نیمهجامد گوشتهی زمین، در تماس مستقیم با آهن-نیکل مذاب هستهی بیرونی سیاره قرار دارند. به دلیل اختلاف دمایی بسیار زیاد میان دو لایه، باید گرمای زیادی در این محدوده که از مادهی معدنی «بریگمانیت» (Bridgmanite) تشکیل شده است، جریان داشته باشد.
با این وجود، چون امکان بررسی تجربی بسیار دشوار است، تخمین اینکه این مادهی معدنی چقدر گرما را از هسته به گوشته هدایت میکند، آسان نیست. اما دانشمندان دانشگاه صنعتی زوریخ (ETH) یک سیستم اندازهگیری پیچیده ایجاد کردهاند که آنها را قادر میسازد رسانش گرمایی برگمانیت را تحت شرایط فشار و دمایی که داخل زمین وجود دارد، در آزمایشگاه اندازه بگیرند. این سیستم اندازهگیری جذب نوری در یک واحد الماس است که با پالس لیزری داغ میشود.
«موتوهیکو موراکامی» (Motohiko Murakami) استاد ETH گفت: «این سیستم اندازهگیری به ما امکان میدهد تا دریابیم که هدایت حرارتی بریگمانیت حدود ۱٫۵ برابر بیش از حد فرض شدهی قبلی است. این نشان میدهد که جریان گرما از هسته به گوشته هم بالاتر از چیزی است که پیش از این تصور میشد.»
او افزود: «جریان گرمای بیشتر، به نوبهی خود، رسانش همرفت گوشته را افزایش میدهد و باعث سریعتر خنک شدن زمین میشود. این ممکن است باعث شود که تکتونیک صفحهای زمین، که با حرکات همرفتی گوشته متناسب است و ادامه مییابد، سریعتر از آنچه پژوهشگران بر اساس مقادیر قبلی رسانش گرمایی انتظار داشتند، کند شود.»
دانشمندان همچنین نشان دادهاند که سرد شدن سریع گوشته باعث تغییر فازهای معدنی پایدار در مرز هسته و گوشته میشود. پس از سرد شدن، برگیمانیت به مادهی معدنی «پسا پروسکایت» (Post-perovskite) تبدیل میشود.
با ظاهر شدن این پسا پروسکایت در مرز هسته و گوشته و آغاز غالب شدن آن، فرآیند سرد شدن باز هم سرعت میگیرد زیرا این مادهی معدنی حتی بهتر از بریگمانیت گرما را انتقال میدهد. موراکامی گفت: «نتایج ما میتواند دیدگاه تازهای را دربارهی تکامل دینامیک زمین ارائه دهد. بر اساس این یافتهها، زمین مانند دیگر سیارات سنگی ازجمله عطارد و مریخ بسیار سریعتر از حد انتظار در حال خنک شدن و خاموش شدن است.»
او همچنین تأکید کرد: «با این حال نمیتوانیم بگوییم که جریانهای همرفتی در گوشته چقدر طول میکشند. زیرا هنوز اطلاعات کافی دربارهی این نوع رویدادها نداریم تا بتوانیم زمان آنها را تعیین کنیم.»