راز سبک بودن هسته زمین

به گزارش کلیک بنا به گفته پائول سَوِج از دانشگاه دورهام، زندگی ما دنباله رو هنر است. طی هزاران سال، در مورد جهان زیر زمینی داستان هایی گفته شده که در آنها از آتش و گوگرد صحبت به میان آمده و در حال حاضر، حداقل می توانیم از وجود گوگرد مطمئن باشیم.

، برآورد محققین این است که میزان گوگرد موجود در هسته زمین ده برابر سایر نقاط این کره خاکی است که این مقدار معادل 10 درصد جرم کره ماه است.
در اعماق زمین چه می گذرد؟
دانشمندان در تحقیقات خود به این مسئله پی بردند که در زمان شکل گیری کره زمین، فلزات سنگین از قبیل آهن و نیکل وارد هسته زمین و عناصر سبکی مانند اکسیژن، سیلیسیم، آلومینیم، پتاسیم، سدیم و کلسیم اغلب وارد لایه های بیرونی تر زمین یعنی پوسته و گوشته شدند.
ولی جرم هسته درونی و جامد کره زمین بسیار سبک تر از آن است که بتوان گفت صرفا از فلزات سنگین تشکیل شده و این مسئله تناقضی دیرپا در درک ما از توزیع عناصر شیمیایی بر روی این سیاره بوده است. به منظور توضیح این مسئله که چرا وزن هسته زمین از آنچه که انتظار داریم سبک تر است، دانشمندان تصور می کنند که هسته زمین حتما شامل عناصر سبک تری مانند اکسیژن، کربن، سیلیسیم و گوگرد است.
بنا به اظهارات سوج، چند مدتی بود که دانشمندان مردد بودند آیا در هسته زمین گوگرد وجود دارد یا خیر ولی برای اولین بار شواهد ژئوشیمیایی مستدلی داریم که وجود گوگرد در هسته زمین را تایید می کنند.
تایید وجود عناصر سبک تر مانند گوگرد در هسته زمین در مورد میزان دما، فشار و اکسیژن موجود در گوشته زمین، که پیرامون هسته را فرا گرفته و آن را از پوسته که همان زمین زیرپای ماست جدا می کند، اطلاعاتی در اختیارمان قرار می دهد.

روش ردیابی و بررسی میزان گوگرد در هسته زمین
در حال حاضر، فناوری و دستگاهی وجود ندارد که بتواند زمین را تا عمق 2900 کیلومتری (معادل با 3000 برج ایفل که روی یکدیگر قرار گرفته باشند) حفر کند و از این رو، دانشمندان سرنخ های به جا مانده از برخورد بزرگی را که حدود 4.5 میلیارد سال پیش بین زمین و یک جرم آسمانی غول پیکر به نام «ثیا» رخ داد و منجر به تشکیل کره ماه شد، بررسی کردند.
به گفته سوج، این برخورد عظیم صرفا منجر به تشکیل ماه نشده و به این صورت نبوده که تکه هایی از مواد در اثر این برخورد از هم جدا و در نهایت به ماه تبدیل شوند. مقدار انرژی که در یک چنین برخوردی به وجود آمده به قدری زیاد بوده که، احتمال می رود، نه کل گوشته زمین بلکه بخشی از آن را تا عمق خاصی ذوب کرده باشد. زمانی که گوشته ذوب شده، مقداری از مذاب غنی از گوگرد وارد هسته زمین و مقداری از آن در فضا تبخیر شده است.
بنا بر اظهارات سوج، احتمالا مقدار زیادی از گوگرد در اثر تبخیر از بین رفته است. صرفا با بررسی خود گوگود نمی توان واقعا گفت که چه مقدار از آن در هسته وجود دارد و چه مقدار آن تبخیر شده و از بین رفته است، که این مسئله باعث می شود اندازه گیری مستقیم گوگرد تقریبا امکان پذیر نباشد.
به منظور ردیابی و کمّی سازی میزان گوگرد از دست رفته، دانشمندان ایزوتوپ های مس (اتم های یک عنصر با تعداد نوترون های مختلف) را بررسی کردند. به گفته فردریک موینیر، به این دلیل مس را انتخاب کردیم که یک عنصر گوگردپسند است، به این معنی که ترجیح می دهد تا در یک ماده غنی از سولفید حضور داشته باشد و بنابراین عنصر خوبی برای ردیابی وضعیت گوگرد در کره زمین است. به طور کلی، هر کجا که مس باشد گوگرد هم است. مس امکان اندازه گیری غیرمستقیم گوگرد را فراهم می کند.
در جستجوی گوگرد
محققین به منظور کشف اینکه در کجا می توانند گوگرد را بیایند، مقدار ایزوتوپ مس در گوشته و نیز هسته را اندازه گیری کردند. به منظور نشان دادن مقدار مس در «ترکیب توده زمین» که هسته، گوشته و پوسته را شامل می شود از شهاب سنگ ها استفاده شد. شهاب سنگ ها مجموعه ای از مواد فرازمینی هستند که حتی پیش از تشکیل سیاره ها به دور خورشید می چرخیدند. بنا به گفته سوج، شهاب سنگ ها به مانند رسوبات کیهانی هستند. اگر یک سیاره داشته و آن را خرد و تکه های خرد شده را با هم مخلوط کنیم، به چیزی شبیه شهاب سنگ می رسیم.
به منظور نشان دادن مقدار مس به اصطلاح «زمین همگن سیلیکاته»، که گوشته و پوسته را شامل می شود، از نمونه های تشکیل شده از فوران های لاوا و نیز رویدادهای زمین ساختی، که گوشته زمین را به سمت سطح زمین فشار می دهند، استفاده شد. بنابراین محققین با تفریق مقدار مس در «زمین همگن سیلیکاته» از مقدار مس در «ترکیب توده زمین» می توانند میزان مس موجود در هسته زمین را پیدا کنند.
دانشمندان مقدار ایزوتوپ سنگین مس در «زمین همگن سیلیکاته» را با مقدار این ایزوتوپ ها در «ترکیب توده زمین» مقایسه کردند و مشخص شد که گوشته حاوی مقدار زیادی مس سنگین است ولی هسته این طور نیست. با وجود این، از طریق آزمایش های مختلف مشخص شده که در مقایسه با گوشته، ایزوتوپ مس موجود در هسته زمین باید سنگین کمتری داشته باشد بنابراین در مقایسه با شهاب سنگ ها، سنگینی مس موجود در هسته نمی تواند با سنگینی مس موجود در گوشته برابر باشد. اگر مقدار زیادی ایزوتوپ های سنگین مس در یک بخش از کره زمین وجود داشته باشند، بخش دیگر حاوی مقدار زیادی ایزوتوپ سبک مس خواهد بود.
به منظور توضیح «سنگینی» مس موجود در گوشته و هسته، محققین پیش بینی کردند پس از برخوردی که به تشکیل کره ماه منجر شده، مذابی غنی از گوگرد حاوی مس «سبک» شکل گرفته است. با توجه این مسئله، به گفته سوج، گوشته ذوب شده (یعنی هسته فعلی) سبک ولی گوشته جامد سنگین است و ترکیب این دو معادل با «ترکیب توده زمین» (شهاب سنگ ها) است.
به گفته سوج، پس از تشکیل کره زمین از شهاب سنگ ها و سایر مواد فرازمینی مانند گرد و غبار و صخره ها، زمین شروع به ذوب شدن کرده و هسته شکل گرفته است. حین تشکیل هسته، برخی از ایزوتوپ های سنگین مس گوشته مذاب را ترک و وارد هسته شدند و در نتیجه مس «سبک تر» در گوشته باقی مانده است. بنا به گفته محققین، در پی برخورد عظیم که منجر به تشکیل کره ماه شده، گوشته زمین مجدد ذوب شده و مذابی غنی از گوگرد شکل گرفته است. مس «سبک» وارد این مذاب شده و مس «سنگین تر» در گوشته باقی مانده که ترکیبات اندازه گیری شده در لاواها و صخره های امروزی نیز این مسئله را نشان می دهند.
به گفته سوج، این اولین تحقیقی است که شواهد ژئوشیمیایی روشنی ارائه می دهد مبنی بر اینکه یک مذاب سولفیدی در همان ابتدای دوران تشکیل کره زمین از گوشته جدا و به احتمال زیاد وارد هسته شده است.
منبع:www.livescience.com