کشف لایه پنجم زمین در هسته داخلی آن
نشانههای لرزهای تازه نشان میدهد که در ژرفترین بخش هسته زمین، شاید لایهای ناشناخته پنهان باشد؛ لایهای که اگر وجود آن تایید شود، میتواند برداشت دیرینه ما از ساختار درونی سیاره را دگرگون و مسیر بازنویسی برخی فصلهای کتابهای درسی زمینشناسی را هموار کند.
به گزارش سیناپرس، در اعماق هسته زمین، نشانههایی از ساختاری پنهان در حال آشکار شدن است؛ ساختاری که مدلهای دیرینه درباره درون زمین را به چالش میکشد. در جایی بسیار دور از دسترس حفاریهای انسانی، ممکن است لایهای ناشناخته در ژرفترین بخش هسته وجود داشته باشد.
دانشمندان اکنون بر این باورند که مرکز زمین یک کره یکنواخت و ساده نیست بلکه ساختاری پیچیدهتر دارد که در دلِ هسته داخلیِ جامد، یک ناحیه متمایز در آن پنهان شده است. این ناحیه که اغلب «درونترین هسته داخلی» نامیده میشود، در حال دگرگون کردن درک پژوهشگران از عمیقترین لایههای زمین است و شاید سرنخهایی درباره چگونگی شکلگیری زمین در میلیاردها سال پیش ارائه دهد.
زمین به طور سنتی به چهار لایه تقسیم میشود: پوسته، گوشته، هسته بیرونی و هسته درونی. «ما همیشه یاد گرفتهایم که زمین چهار لایه اصلی دارد»، این سخنان را «ژوآن استیونسون»، نویسنده اصلی و پژوهشگر دکتری در دانشگاه ملی استرالیا (ANU)، میگوید. «پیشنهاد وجود لایهای دیگر حدود دو دهه پیش مطرح شده بود؛ اما دادهها تا مدتها بسیار نامشخص بودند».
مطالعهای که در سال ۲۰۲۰ از سوی پژوهشگران دانشگاه ملی استرالیا در نشریه Journal of Geophysical Research: Solid Earth منتشر شد، نشانههایی از وجود یک لایه افزوده در درون هسته داخلی را شناسایی کرد؛ نشانههایی که به ساختاری پیچیدهتر در مرکز زمین اشاره دارند.
کاوش هسته درونی با امواج لرزهای
هسته داخلی کرهای متراکم و جامد است که عمدتا از آهن و نیکل تشکیل شده و دمای آن از ۵۰۰۰ درجه سانتیگراد (۹۰۰۰ درجهٔ فارنهایت) فراتر میرود. با اینکه تنها حدود یک درصد از حجم کل زمین را شامل میشود؛ اما اطلاعات بسیار مهمی درباره تاریخ این سیاره در خود دارد. از آنجا که مشاهده مستقیم هسته داخلی ممکن نیست، دانشمندان آن را با مطالعه امواج لرزهای حاصل از زمینلرزهها بررسی میکنند؛ امواجی که بسته به ویژگیهای موادی که از آن عبور میکنند، با سرعتهای متفاوت حرکت میکنند.
تیم دانشگاه ملی استرالیا چند دهه داده لرزهای را با استفاده از الگوریتمی پیشرفته تجزیه و تحلیل کرد؛ الگوریتمی که هزاران مدل را مورد آزمون قرار میداد. به جای میانگینگیری ساده دادهها ــ کاری که میتواند ویژگیهای ظریف را پنهان کند ــ پژوهشگران الگوهای امواج را با دقت بسیار بیشتری بررسی کردند.
این رویکرد نشان داد که در فاصله حدود ۶۵۰ کیلومتری (تقریبا ۴۰۰ مایل) از مرکز زمین، تغییری در رفتار لرزهای رخ میدهد؛ تغییری که به وجود مرزی احتمالی در درون هسته داخلی اشاره دارد.
شواهدی برای یک ناحیه مرکزی متمایز
یک سرنخ مهم از «ناهمسانگردی» (آنیزوتروپی) به دست میآید؛ یعنی امواج لرزهای بسته به جهتی که در آن حرکت میکنند، با سرعتهای متفاوت عبور میکنند.
در بسیاری از مدلها، امواج لرزهای در امتداد محور چرخش زمین سریعتر از مسیر موازی با خط استوا حرکت میکنند. اما در این ناحیه مرکزیِ تازه شناساییشده، این الگو دستخوش تغییر میشود.
کندترین سرعتهای امواج در زاویهای حدود ۵۴ درجه نسبت به محور چرخش دیده میشود؛ نشانهای از جهتگیری متفاوت بلورهای آهن در این لایه. استیونسون توضیح میدهد که این تفاوت ممکن است بازتاب رخدادهای مهمی در گذشته زمین باشد: «ما شواهدی پیدا کردیم که شاید نشاندهنده تغییری در ساختار آهن باشد؛ تغییری که احتمالا به دو رویداد سردشدگیِ جداگانه در تاریخ زمین اشاره میکند».
او میافزاید این لایه پنهان شاید نشانگر «رویدادی ناشناخته و چشمگیر در تاریخ زمین» باشد، هرچند ماهیت دقیق آن هنوز مشخص نیست.
تایید مستقل با تکنیکهای جدید
در سال ۲۰۲۳، مطالعه دیگری در نشریه Nature Communications با استفاده از روش لرزهای متفاوت، شواهد بیشتری ارائه کرد. به جای تمرکز صرف بر امواج مستقیم زمینلرزه، پژوهشگران سیگنالهای نادری را تجزیه و تحلیل کردند که چندین بار در داخل زمین بازتاب مییابند و رفتوبرگشت میکنند. برخی از این امواج تا پنج بار از هسته عبور میکنند و اطلاعات بسیار دقیقتری درباره ساختار درونی آن فراهم میسازند.
این سیگنالهای تکرارشونده ناحیه مرکزی مشابهی را نشان دادند که پهنایی حدود ۶۵۰ کیلومتر (تقریبا ۴۰۰ مایل) دارد. در این ناحیه، امواج لرزهای بار دیگر رفتارهای جهتدار متفاوتی از خود نشان دادند و کندترین سرعتها در زاویهای حدود ۵۰ درجه نسبت به محور چرخش زمین مشاهده شد. بخش پیرامونی هسته داخلی یکنواختتر به نظر میرسید و ناهمسانگردی آن بسیار ضعیفتر بود.
این نتایج میتوانند توضیح دهند که چرا برخی از آزمایشهای پیشین با مدلهای موجود از درون زمین انطباق نداشتند. دانشمندان مدتهاست احتمال وجود لایهای ژرفتر در درون هسته داخلی را مطرح کردهاند و نشانههای قبلی نیز حاکی از آن بوده که بلورهای آهن در آن ناحیه ممکن است آرایش متفاوتی داشته باشند.
پیامدها و عدم قطعیتهای باقیمانده
این یافتهها میتواند به توضیح این مسئله کمک کند که چرا برخی از آزمایشهای گذشته با مدلهای کنونی از ساختار درونی زمین همخوانی نداشتهاند. با این حال، پژوهشگران اذعان میکنند که هنوز کارهای بسیاری باقی است. تیم دانشگاه ملی استرالیا مینویسد: «ما به علت پراکندگی زمینلرزهها و ایستگاههای لرزهنگاری در سطح جهان ــ بهویژه در نواحی مقابل قطبها ــ با محدودیت روبهرو هستیم و این شکافهای داده میتواند اعتماد به برخی مدلها را کاهش دهد».
به نقل از آنا، مطالعات آینده ممکن است این شکافهای داده را پُر کند و تصویری روشنتر از رویدادهایی که در آغازینترین دورههای تاریخ زمین در اعماق آن ثبت شدهاند ارائه دهد. اما حتی با دادههای کنونی نیز پیامدها بسیار بزرگاند.
استیونسون میگوید: «این واقعا هیجانانگیز است و شاید به این معنا باشد که باید کتابهای درسی را بازنویسی کنیم».
