دراسة تكشف أن اللب الداخلي للأرض يتشكل من "مادة فائقة الأيونية"

تتميز نواة الأرض، وهي أعمق جزء من كوكبنا، بضغط ودرجة حرارة مرتفعين للغاية. وهي تتألف من قلب خارجي سائل ولب داخلي صلب.

ويتكون اللب الداخلي وينمو بسبب تصلب الحديد السائل عند حدود اللب الداخلية. واللب الداخلي أقل كثافة من الحديد النقي، ويعتقد أن بعض العناصر الخفيفة موجودة في اللب الداخلي.

إقرأ المزيد

صخرة بحجم جبل مخفية تحت اليابان يمكن أن تكون نقطة جذب للزلازل الضخمة!

ووجد فريق بحثي مشترك بقيادة البروفيسور هي يو من معهد الكيمياء الجيولوجية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (IGCAS) أن اللب الداخلي للأرض ليس مادة صلبة عادية ولكنه يتكون من شبكة حديدية صلبة وعناصر ضوئية شبيهة بالسائل، والتي تُعرف أيضا باسم الحالة فائقة الأيونية. وعناصر الضوء الشبيهة بالسائل شديدة الانتشار في الشبكات الحديدية الفرعية تحت ظروف اللب الداخلي.

ونُشرت نتائج هذه الدراسة في مجلة Nature في 9 فبراير، حيث تشير عمليات المحاكاة التي أجراها فريق العلماء الصينيين إلى أن "أحشاء" كوكبنا تقع في مكان ما بين المادة الصلبة والسائلة في حالة "فائقة التأين". وقال يو هي إن هذه الحسابات كانت "نقطة انطلاق جديدة لفهم اللب الداخلي".

وتوجد الحالة الفائقة الأيونية، وهي حالة وسيطة بين المادة الصلبة والسائلة، على نطاق واسع في باطن الكواكب. وباستخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية عالية الضغط ودرجة الحرارة المرتفعة بناء على نظرية ميكانيكا الكم، وجد العلماء من الأكاديمية الصينية للعلوم ومركز الأبحاث المتقدمة لعلوم وتكنولوجيا الضغط العالي (HPSTAR)، أن بعض سبائك الحديد Fe-H وFe-C وFe-O تحولت إلى حالة فائقة الأيونية في ظل ظروف اللب الداخلي.

إقرأ المزيد

"طبقة خامسة للأرض" .. علماء يكتشفون بنية مخفية في النواة الداخلية لكوكبنا

وفي سبائك الحديد فائقة التأين، تصبح العناصر الخفيفة مضطربة وتنتشر مثل سائل في الشبكة، بينما تظل ذرات الحديد مرتبة وتهتز حول شبكتها الشعرية، وتشكل إطارا صلبا من الحديد. ويشار إلى أن معاملات انتشار C وH وO في سبائك الحديد فائقة التأين هي نفسها تلك الموجودة في الحديد السائل.

وقام الفريق بحساب السرعات الزلزالية في سبائك الحديد فائقة التأين ووجدوا انخفاضا كبيرا في سرعة طور الموجة (خاصية تعبرعن توافق أو عدم توافق موجات ذات طول موجىّ واحد).

وقال المؤلف الأول المشارك سون شيتشوان من الأكاديمية الصينية للعلوم: "تتناسب نتائجنا بشكل جيد مع الملاحظات المتعلقة بعلم الزلازل. إن العناصر الشبيهة بالسائل هي التي تجعل اللب الداخلي أكثر نعومة".

ويمكن أن تؤثر عناصر الضوء شديدة الانتشار على السرعات الزلزالية، ما يوفر أدلة مهمة لفهم الألغاز الأخرى في اللب الداخلي.

المصدر: phys.org