دهه‌ها است که دانشمندان تلاش می‌کنند تا بفهمند هسته داخلی زمین در مقایسه با بقیه سیاره چگونه عمل می‌کند. اکنون، تیمی از محققان شواهد جدید و قانع‌کننده‌ای یافته‌اند که نشان می‌دهد شکل آن درست زیر پای ما در حال تغییر است.
هسته داخلی زمین، مانند سیاره‌ای درون سیاره دیگر، به نظر می‌رسد که با آهنگ خاص خود حرکت می‌کند. تیمی از دانشمندان قبلاً دریافته بودند که با سرعت‌های کمی متفاوت از بقیه زمین جامد می‌چرخد. اما اکنون، همان تیم دریافت که ساختار هسته داخلی نیز با چرخش آن در حال تغییر است. مطالعه جدید می‌گوید که در سطح خود تغییر شکل می‌دهد، به طور بالقوه مواد بیشتری را در برخی مناطق و کمتر در مناطق دیگر جمع می‌کند - تقریباً مانند ایجاد تپه‌ها و دره‌ها.
هسته داخلی به تولید میدان مغناطیسی محافظتی زمین کمک می‌کند و حتی با طول روزهای ما مرتبط است، اما دانشمندان مطمئن نیستند که این تغییرات شکل به تنهایی تأثیرات قابل توجهی بر سیاره ما داشته باشد. با این حال، این یافته به رمز و راز طولانی‌مدت ما در مورد نحوه رفتار هسته داخلی و تغییر آن با گذشت زمان می‌افزاید.
جان ویدال، نویسنده اصلی این مطالعه که روز دوشنبه در مجله Nature Geoscience منتشر شد، گفت: "این اولین باری است که ما شواهدی از این نوع حرکت را می‌بینیم." "سطح هسته داخلی به روش‌هایی حرکت می‌کند که ما قبلاً تشخیص نداده بودیم و هنوز هم خیلی خوب درک نمی‌کنیم."
تشخیص ژله متحرک
زمین به چندین لایه تقسیم می‌شود: پوسته، گوشته، هسته بیرونی، هسته داخلی و حتی یک هسته داخلی درونی‌ترین که اخیراً مشکوک به وجود آن شده‌اند. در آخرین مطالعه، دانشمندان منطقه‌ای را مورد مطالعه قرار دادند که در آن هسته بیرونی آهن مایع با هسته داخلی آهن جامد ملاقات می‌کند - یا لایه مرزی هسته داخلی-بیرونی.
منطقه مرزی در 3000 مایلی زیر سطح ما قرار دارد و تصور می‌شود نرم‌تر از یک جامد باشد، اما کاملاً مایع نیست. به این دلیل که مرز در نقطه ذوب آهن قرار دارد. وقتی مواد به نقطه ذوب خود نزدیک‌تر می‌شوند، نرم‌تر می‌شوند.
Guanning Pang، نویسنده همکار و ژئوفیزیکدان در دانشگاه کرنل گفت: "حتی اگر آن قسمت هسته داخلی واقعاً جامد باشد، [این مرز] واقعاً نرم است." "شاید به نرمی ژله باشد."
از آنجایی که نمی‌توان از هسته بازدید کرد یا آن را مشاهده کرد، دانشمندان از سیگنال‌های زلزله برای یادگیری درباره حرکت هسته استفاده می‌کنند. سیگنال‌های لرزه‌ای می‌توانند از یک طرف زمین به طرف دیگر حرکت کنند و در طول مسیر خود از هسته عبور کنند. نکته کلیدی این است که به زلزله‌های مشابهی که در طول سال‌ها به نقاط یکسانی اصابت کرده‌اند، نگاه کنیم. اگر سیگنال‌های موج در طول سال‌ها متفاوت باشند، می‌توانند اطلاعات غیرمستقیمی در مورد هسته دریافت کنند.
ویدال گفت: "آنها اساساً دقیقاً همان زلزله‌هایی هستند که سال‌ها از هم جدا شده‌اند - همان مکان، همان گسل." "ما نگاه می‌کنیم تا ببینیم آیا شکل موج‌ها به لرزه‌نگاشت‌های امواجی که از هسته داخلی عبور کرده‌اند تغییر کرده‌اند یا خیر."
این یک تکنیک رایج است که دانشمندان از آن برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد سرعت، حرکت و شکل هسته ما استفاده می‌کنند. سال گذشته، این تیم بیش از 100 سیگنال لرزه‌ای از آمریکای شمالی تا جزایر ساندویچ جنوبی در جنوب اقیانوس اطلس را تجزیه و تحلیل کرد. آنها دریافتند که هسته داخلی در دهه‌های اخیر سریع‌تر و سپس کندتر از بقیه زمین می‌چرخد و مدت زمانی را که طول می‌کشد تا هسته داخلی یک دور کامل بزند، اندازه‌گیری کردند.
مطالعه جدید با تکیه بر این یافته، نگاه دیگری به سیگنال‌های لرزه‌ای بین این دو منطقه انداخت. اما این بار، آنها سیگنال‌ها را زمانی بررسی کردند که هسته داخلی در همان موقعیت قرار داشت. آنها دریافتند که بیشتر معادل است اما با تغییرات جزئی. آنها تشخیص دادند که این تغییرات احتمالاً به تغییر شکل‌های فیزیکی در سطح هسته داخلی مرتبط هستند.
ویدال گفت: تصور می‌شود که هسته داخلی یک توپ باشد، اما در واقع می‌تواند در اطراف لبه‌های خود 100 متر یا بیشتر در ارتفاع تغییر شکل دهد.
او گفت محتمل‌ترین دلیل برای تغییر شکل، نیروهای ناشی از هسته بیرونی است. او گفت که گردش هسته بیرونی مایع می‌تواند لایه مرزی نرم‌تر را به جلو و عقب بکشد. آنها نمی‌دانند که چقدر تغییر شکل می‌دهد یا چقدر حرکت می‌کند، اما "ما سرانجام شواهدی می‌بینیم که نشان می‌دهد حرکتی وجود دارد که قابل تشخیص است."
به طور کلی، این تغییر شکل‌ها در هسته داخلی زمین تأثیر زیادی بر زندگی روزمره ما نخواهد داشت.
جسیکا ایروینگ، ژئوفیزیکدان که در این تحقیق شرکت نداشت، گفت: "تغییرات ناشی از این تغییر شکل بسیار کوچک است و سنگ زیادی بین ما و هسته وجود دارد." به عنوان مثال، سرعت چرخش کمی متفاوت هسته داخلی باعث تغییرات کوچکی در طول روز می‌شود - به اندازه‌ای که دانشمندان بتوانند آن را اندازه‌گیری کنند اما نه به روش‌هایی که برای انسان‌ها قابل توجه باشد.
حل یک بحث در مورد هسته داخلی
یک سوال کلیدی که این تحقیق جدید به آن پاسخ می‌دهد: هسته داخلی نسبت به بقیه سیاره چگونه حرکت می‌کند؟
ایروینگ، محقق دانشگاه بریستول گفت: "ما می‌دانیم که امواج لرزه‌ای که از هسته داخلی عبور می‌کنند به نظر می‌رسد کمی متفاوت از امواجی هستند که چند سال قبل مسیر یکسانی را طی می‌کنند." اما دلایل آن مرموز بود.
Hrvoje Tkalcic، ژئوفیزیکدان که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت: دانشمندان دهه‌هاست که تلاش می‌کنند این "مشاهدات لرزه‌شناسی گیج‌کننده در مورد هسته داخلی زمین" را حل کنند. دو پیشنهاد رایج عبارتند از تغییراتی در سرعت چرخش هسته داخلی یا تغییرات فیزیکی در سطح هسته داخلی.
Tkacic، محقق دانشگاه ملی استرالیا گفت: "هر دوی این پدیده‌ها می‌توانند به طور یکسان بر زمان سفر امواج لرزه‌ای حساس به هسته داخلی تأثیر بگذارند." "با این حال، یک بحث مداوم در جامعه لرزه‌شناسی عمیق زمین در مورد اینکه کدام یک واقعی است وجود داشته است."
Tkalci گفت که تحقیقات تیم ویدال سعی در آشتی دادن این بحث دارد و می‌یابد که هر دوی این مکانیسم‌های فیزیکی نقش دارند.
حتی اگر این ایده‌ها مشکوک بودند، ویدال از اینکه تغییرات شکل اصلاً قابل مشاهده بودند، شگفت‌زده شد. بیشتر تغییرات از هسته جزئی هستند و فقط در دوره‌های زمانی طولانی زمین‌شناسی قابل توجه هستند.
ایروینگ گفت: "ما توانسته‌ایم در مورد این تغییرات در هسته داخلی اطلاعات کسب کنیم زیرا دهه‌ها سابقه داریم، از ایستگاه‌های لرزه‌نگاری که توسط دانشمندان و مهندسان کوشا اداره می‌شوند، که به ما امکان می‌دهد ببینیم هسته داخلی چگونه ممکن است در طول مقیاس‌های زمانی انسانی تغییر کند."
اما کار هنوز تمام نشده است.
Tkalci گفت که ممکن است توضیحات احتمالی دیگری برای سیگنال‌های لرزه‌ای غیرعادی وجود داشته باشد. به عنوان مثال، ممکن است تغییراتی در هسته بیرونی مایع وجود داشته باشد - مانند ترکیب یا چگالی - که می‌تواند بر سیگنال‌ها تأثیر بگذار
ایروینگ گفت: "جالب خواهد بود که ببینیم آیا رویکردهای لرزه‌ای دیگر می‌توانند شواهد بیشتری برای حمایت از این کار جدید ارائه دهند یا خیر."