كيف تشكلت نواة الأرض الحديدية؟

على حد علمنا، تتكون الأرض من ثلاث طبقات: الطبقة الأولى وتسمى القشرة وتكون إما قارية أو محيطية، يأتي بعدها المعطف الذي يتكون بدوره من ثلاث طبقات متمايزة بالكثافة والضغط، ومن ثم تأتي النواة التي تتكون بدورها من طبقتين، طبقة خارجية أو نواة خارجية سائلة أغلبها سيليكا، ونواة مركزية أو داخلية صلبة معظمها .مكون من الحديد

تبدأ هذه النواة على عمق 2900 كم ويبلغ نصف قطرها 3500كم. تشكل نواة الارض المعدنية ثلث كتلة كوكبنا، وتمثل التمايز الأكثر أهمية في تاريخ الارض.

تتطلب البنية الطبقية للأرض بنواتها المعدنية المغلفة بمعطف السيليكا، آلية ما لفصل خليط الحديد عن طور السيليكات. إحدى الآليات المطروحة هي "الترشيح" إذ ينفذ خليط الحديد السائل عبر السليلكات الصلبة بما يشبه حركة الماء عبر الصخور المسامية.

استبعدت الكثير من الدراسات التجريبية السابقة "الترشيح" كآلية لتشكيل نواة الارض، نظراً لظروف الضغط المنخفضة نسبياً في المعطف العلوي (فالحركة عادة ما تتجه من الضغط المرتفع الى المنخفض وليس العكس). وكان من المستحيل الحصول على نتائج تجريبية لاختبارات تحاكي ظروف المعطف السفلي، بسبب الضغوط الهائلة والحرارة العالية جدا.

إلى أن قام علماء من جامعة ستانفورد وآخرون من مركز في الصين لأبحاث ودراسات الضغط العالي المتقدمة، بتصميم تجربة لدرراسة مايحدث للحديد المنصهر داخل السيليكات في ظروف تحاكي تقريباً تلك الموجودة في المعطف السفلي. باختصار شديد، حاول العلماء معرفة دور الترشيح في تشكل النواة الصلبة للارض وذلك عن طريق ترشح او انسياب الحديد الذائب من خلال السيليكا الصلبة الموجود في النواة الخارجية.

تم استخدام خلية الماس وتسخينها من اجل الحصول على ضغوط هائلة و درجات حرارة عالية. درس الباحثون الجسيمات المعالجة بالضغط والمسخنة بالليزر باستخدام تقنية (nanoscale synchrotron X-ray tomography) 

فلاحظوا، ولأول مرة، تغيراً في التوزيع ثلاثي الأبعاد لذوبان الحديد كما لاحظوا زيادة في الضغط في قطرات الحديد المعزولة من حد 25 غيغا باسكال بشكل تراكمي الى حد 64 غيغا باسكال.

لهذه الدراسة التجريبية أهمية في تقديم فكرة عن تطور طبقات الأرض وتغير حرارتها عبر الزمن وعن توزع العناصر المختلفة فيها. فمع بدء تكوّن الأرض وتصلبها وارتفاع الضغط في نواتها الى 50 غيغا باسكال، ربما أصبح "الترشيح" أكثر العمليات حدوثا. وهكذا ممكن أن ن نصل إلى الاستنناج بأن نواة الارض لم تتشكل ربما بعملية واحدة وانما تكونت عبر سلسلة من الخطوات وتحت مختلف الظروف المتطورة.

قد يكون لتشكيل محيط الماغما آلية التمايز نفسها (تحت ضغط أخفض)، إذ تنفصل الخلائط المعدنية المصهورة بسرعة عن السيليكا السائلة وتتراكم على شكل طبقة حوضية في قاع محيط الماغما.

أما تحت ضغوط أعلى، تشكل السيليكا الصلبة شبكة، تترشح عبر مسامها المعادن السائلة لتصل الى نواة الأرض.

المصدر:

هنا