بوسطن - يبدو أن محيطات الصهارة الشاسعة في الأرض ، التي تتساقط تحت أعماق أقدامنا ، تضخ الأكسجين في قلب الكوكب السائل. وهذا الأكسجين يشكل الزلازل والبراكين في جميع أنحاء كوكبنا.
هذا هو استنتاج مجموعة من الفيزيائيين الباحثين في كلية جامعة لندن ، داريو ألف ، قدم يوم الثلاثاء (5 مارس) هنا في اجتماع مارس للجمعية الفيزيائية الأمريكية. على الرغم من أنه من المستحيل مراقبة الأكسجين في قلب الأرض مباشرة - حيث تعرقل آلاف الأميال من الصخور الساخنة وجهة النظر هذه - استخدم ألف ومعاونوه مزيجًا من البيانات الزلزالية والكيمياء والمعرفة حول التاريخ القديم لنظامنا الشمسي لاستخلاص استنتاجاتهم.
الجزء الرئيسي من الأدلة على أن شيئًا مثل الأكسجين يختبئ في قلب الحديد؟ الزلازل. إن الاهتزازات التي نشعر بها على السطح هي نتيجة للموجات التي تتحرك في جميع أنحاء كوكبنا بأكمله. ويقدم سلوك تلك الموجات دلائل على محتويات الأرض - تقريبًا مثل الموجات فوق الصوتية للكوكب بأكمله.
عندما ترتد موجات الزلزال عن القلب وتعود إلى السطح ، يشير شكلها إلى أن اللب الخارجي للحديد السائل أقل كثافة بكثير من قلب الحديد الصلب المضغوط داخله. وهذا الاختلاف في الكثافة يؤثر على شكل الزلازل وسلوك البراكين على السطح. لكن ألف قال لـ Live Science بعد حديثه أن هذه ليست الطريقة التي يجب أن يتصرف بها الحديد النقي.
وقال "إذا كان اللب من الحديد الخالص ، فينبغي أن يكون تباين الكثافة بين النواة الداخلية الصلبة والسائل بنسبة 1.5 في المائة". "لكن علم الزلازل يخبرنا أنها أكثر من 5 في المائة."
بعبارة أخرى ، النواة الخارجية أقل كثافة مما ينبغي ، مما يشير إلى وجود بعض العناصر غير الحديدية الممزوجة ، مما يجعلها أخف.
وهذا يطرح السؤال: لماذا يتم مزج العنصر الأخف مع النواة الخارجية وليس مع النواة الداخلية الصلبة؟
وقال ألفي إنه عندما تكون الذرات في حالة سائلة ، فإنها تتدفق بحرية متجاوزة بعضها البعض ، مما يجعل من الممكن أن يتعايش مزيج من العناصر المختلفة ، حتى في البيئة القاسية للأرض الداخلية. ولكن عندما تفرض الضغوط الشديدة النواة الداخلية على الحالة الصلبة ، تشكل الذرات هناك شبكة أكثر صلابة من الروابط الكيميائية. وهذا الهيكل الأكثر صرامة لا يستوعب العناصر الأجنبية بنفس السهولة. عندما يتشكل النواة الصلبة ، سيكون لديها ذرات أكسجين بصرية وشوائب أخرى في محيطها السائل مثل إطلاق معجون الأسنان من أنبوب مضغوط.
قال: "ترى تأثيراً مماثلاً في الجبال الجليدية".
عندما تتجمد المياه المالحة في المحيط ، فإنها تطرد شوائبها. لذا ينتهي المطاف بالجبال الجليدية في شكل قطع من المياه العذبة الصلبة تطفو فوق المحيط الغني بالصوديوم.
وقال ألفي إنه لا يوجد دليل مباشر على أن العنصر الأفتح في القلب السائل هو الأكسجين. لكن كوكبنا يتكون من غيوم غبار النظام الشمسي المبكر ، ونعرف ما هي العناصر الموجودة هناك.
استبعد فريق البحث عناصر أخرى ، مثل السيليكون ، قد تكون موجودة نظريًا في القلب بناءً على تركيبة تلك السحابة ولكن لا تفسر التأثير الملحوظ. وقال إن الأكسجين ترك كمرشح محتمل.
علاوة على ذلك ، تبدو مستويات الأكسجين الموجودة نظريًا في القلب أقل مما تتوقعه الكيمياء بناءً على محتويات الأكسجين في الوشاح. يشير ذلك إلى أن المزيد من الأكسجين يتم ضخه كيميائيًا في اللب الخارجي حتى اليوم من الوشاح الأكثر غنى بالأكسجين المحيط به.
وعندما سئل كيف يبدو الأكسجين في القلب ، قال ألفي ألا تتخيل الفقاعات أو حتى الصدأ الذي يتشكل عندما يرتبط الحديد مباشرة بالأكسجين. وبدلاً من ذلك ، عند درجات الحرارة والضغوط تلك ، سوف تطفو ذرات الأكسجين بحرية بين ذرات الحديد ، مما يخلق تكتلات طافية من الحديد السائل.
وقال ألفي: "إذا أخذت قطعة سائلة تحتوي على 90 ذرة حديد و 10 ذرات أكسجين ، فإن هذا الطرد سيكون أقل كثافة من طرد من الحديد الخالص" ، وبالتالي سيطفو.
للمساعدة في تأكيد هذه النتائج ، قال ألفي إنه يتطلع إلى نتائج الجهود لقياس النيوترينوات التي تشكلت في كوكبنا وإشعاعها نحو السطح. على الرغم من أن "geoneutrinos" نادرة للغاية ، إلا أنه يمكنهم تقديم الكثير من المعلومات حول ما يحدث على وجه التحديد في هذا الكوكب عندما يظهرون.
ولكن بدون أي طريقة للوصول مباشرة إلى القلب ، سيظل الفيزيائيون عالقين دائمًا في اتخاذ أفضل أحكامهم الممكنة حول تكوينها من البيانات الثانوية المحدودة.
