چگونه هسته زمین به مدت میلیاردها سال به اندازه سطح خورشید داغ باقی مانده است؟

زمین ما ساختاری شبیه به پیاز دارد؛ لایه در پی لایه. اگر از بالا شروع کنیم، بیرونی‌ترین لایه، پوسته است که شامل سطحی است که روی آن راه می‌رویم. یک لایه پایین تر، گوشته یا جبه که عمدتا سنگ جامد است. سپس حتی از این هم عمیق‌تر، هسته بیرونی ساخته شده از آهن مایع است. و در نهایت، هسته داخلی، ساخته شده از آهن جامد، و با شعاعی ۷۰٪ اندازه ماه. هر چه عمیق‌تر شیرجه می‌زنید، همه چیز داغ‌تر می‌شود؛ تا جایی که بخش‌هایی از هسته به اندازه سطح خورشید داغ است.

سفر به مرکز زمین

دانشمندان برای تصویربرداری از ساختارهای داخلی زمین از امواج لرزه‌ ای استفاده می‌کنند؛ امواج صوتی که توسط زلزله تولید می‌شوند. در سطح زمین، خاک، شن، چمن و پیاده رو وجود دارد که قابل دیدن هستند اما ارتعاشات لرزه ای آنچه را در زیر آن وجود دارد نشان می‌دهد؛ یعنی سنگ های بزرگ و کوچک. این‌ها همه بخشی از پوسته است که ممکن است تا ۳۰ کیلومتر پایین بیاید و در بالای لایه ای به نام گوشته شناور است.

قسمت بالایی گوشته معمولا همراه با پوسته حرکت می‌کند. آنها با هم لیتوسفر نامیده می‌شوند که به طور متوسط حدود ۱۰۰ کیلومتر ضخامت دارند، اگرچه در برخی مکان‌ها می‌تواند ضخیم‌تر باشد.

لیتوسفر به چند بلوک بزرگ به نام صفحات تقسیم می‌شود. صفحات به نوعی مانند قطعات پازل هستند که تقریبا در کنار هم قرار می‌گیرند و سطح زمین را می‌پوشانند. آنها ثابت نیستند و حرکت می‌کنند. این حرکت گاهی اوقات کسری از چند سانتیمتر در طی چند سال است و در مواقع دیگر، حرکت بیشتر و ناگهانی‌تر است. این نوع حرکت همان چیزی است که باعث زمین لرزه و فوران آتشفشانی می‌شود.

علاوه بر این، حرکت کردن صفحه یک عامل حیاتی و احتمالا ضروری است که باعث تکامل حیات روی زمین می‌شود، زیرا صفحات متحرک محیط را تغییر می‌دهند و زندگی را مجبور می‌کنند تا با شرایط جدید سازگار شود.

تنور داغ روشن است

حرکت صفحه نیاز به یک گوشته ی داغ دارد و در واقع، هرچه به عمق زمین می‌روید، دما افزایش می‌یابد.

در پایین صفحات، در عمق حدود ۱۰۰ کیلومتری، دما حدود ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد است. زمانی که به مرز بین گوشته و هسته بیرونی می‌رسید، که در ۲۹۰۰ کیلومتری زیر زمین است، دما تقریبا  2700 درجه سانتیگراد می‌شود.

سپس، در مرز بین هسته ‌های بیرونی و داخلی، دما دو برابر می‌شود و به بیش از ۶۰۰۰ درجه سانتیگراد می‌رسد. این قسمتی است که به اندازه سطح خورشید داغ است. در آن دما، تقریبا همه چیز – فلزات، الماس ها، انسان ها – به گاز تبخیر می‌شوند. اما از آنجایی که هسته در اعماق سیاره در فشار بالایی قرار دارد، آهنی که از آن تشکیل شده مایع یا جامد باقی می‌ماند.

این همه گرما از کجا می‌آید؟

خوب است از همین ابتدا بدانید که این گرما از خورشید نیست. در حالی که نور خورشید ما و همه گیاهان و جانوران روی سطح زمین را گرم می‌کند، نمی‌تواند از کیلومترها فاصله به داخل سیاره نفوذ کند.

در عوض، دو منبع وجود دارد. یکی گرمایی است که زمین در زمان شکل‌گیری خود در ۴.۵ میلیارد سال پیش به ارث برده است. زمین از سحابی خورشیدی، یک ابر گازی غول پیکر، در میان برخوردهای بی پایان و ادغام بین تکه های سنگ و زباله‌ها ساخته شده است. این فرآیند ده ها میلیون سال طول کشید.

در طی آن برخوردها مقدار زیادی گرما تولید شد که برای ذوب شدن کل زمین کافی بود. اگرچه مقداری از آن گرما در فضا از بین رفت، بقیه آن داخل زمین محبوس شد، جایی که بسیاری از آن حتی امروزه نیز باقی مانده است.

منبع گرمای دیگر فروپاشی ایزوتوپ های رادیواکتیو است که در همه جای زمین پخش شده‌اند. ایزوتوپ های رادیواکتیو پایدار نیستند. آنها جریان ثابتی از انرژی را آزاد می‌کنند که به گرما تبدیل می‌شود. پتاسیم-۴۰، توریم-۲۳۲، اورانیوم-۲۳۵ و اورانیوم-۲۳۸ چهار ایزوتوپ رادیواکتیو هستند که درون زمین را گرم نگه می‌دارند.

زمین در خطر تمام شدن این منابع گرما نیست: اگرچه بیشتر اورانیوم-۲۳۵ و پتاسیم-۴۰ اصلی از بین رفته اند، توریم-۲۳۲ و اورانیوم-۲۳۸ کافی برای میلیاردها سال دیگر وجود دارد. این ایزوتوپ‌های آزادکننده انرژی به همراه هسته و گوشته ی داغ، گرما را برای حرکت صفحات فراهم می‌کنند.

بدون گرما زندگی وجود نداشت

حتی در حال حاضر، صفحات متحرک مدام سطح زمین را تغییر می‌دهند و در طول میلیون‌ها و میلیاردها سال دائما زمین ها و اقیانوس های جدید می‌سازند. صفحات همچنین در مقیاس‌های زمانی طولانی‌مدت بر جو تأثیر می‌گذارند. اما بدون گرمای داخلی زمین، صفحات حرکت نمی‌کردند. زمین سرد می‌شد و دنیای ما احتمالا غیرقابل سکونت بود.