كيف بقي باطن الأرض ساخنًا مثل سطح الشمس لمليارات السنين؟

Curious Kids هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه أحد الخبراء، فأرسله إلى Curiouskidsus@theconversation.com.

إن أرضنا منظمة مثل البصلة، فهي طبقة تلو الأخرى.

بدءًا من الأعلى إلى الأسفل، هناك القشرة، والتي تتضمن السطح الذي تمشي عليه؛ ثم إلى الأسفل، الوشاح، ومعظمه من الصخور الصلبة؛ ثم أعمق، اللب الخارجي، المصنوع من الحديد السائل؛ وأخيرًا، اللب الداخلي مصنوع من الحديد الصلب، ونصف قطره يعادل 70% من حجم القمر. كلما تعمقت في الغوص، أصبحت أكثر سخونة – فأجزاء من القلب تكون ساخنة مثل سطح الشمس.

رحلة إلى مركز الأرض

بوصفي أستاذًا لعلوم الأرض والكواكب، فأنا أدرس دواخل عالمنا. مثلما يمكن للطبيب استخدام تقنية تسمى التصوير بالموجات فوق الصوتية لالتقاط صور للهياكل الموجودة داخل جسمك باستخدام الموجات فوق الصوتية، يستخدم العلماء تقنية مماثلة لتصوير الهياكل الداخلية للأرض. ولكن بدلا من الموجات فوق الصوتية، يستخدم علماء الجيولوجيا الموجات الزلزالية – الموجات الصوتية التي تنتجها الزلازل.

على سطح الأرض، ترى الأوساخ والرمال والعشب والأرصفة بالطبع. تكشف الاهتزازات الزلزالية ما هو موجود أسفل ذلك: الصخور، الكبيرة والصغيرة. وهذا كله جزء من القشرة الأرضية، والتي قد تنخفض إلى مسافة تصل إلى 20 ميلاً (30 كيلومترًا)؛ فهو يطفو فوق الطبقة التي تسمى الوشاح.

يتحرك الجزء العلوي من الوشاح عادةً مع القشرة. يُطلق عليهما معًا اسم الغلاف الصخري، ويبلغ سمكه حوالي 60 ميلًا (100 كيلومتر) في المتوسط، على الرغم من أنه يمكن أن يكون أكثر سمكًا في بعض المواقع.

ينقسم الغلاف الصخري إلى عدة كتل كبيرة تسمى الصفائح. على سبيل المثال، تقع صفيحة المحيط الهادئ أسفل المحيط الهادئ بأكمله، وتغطي صفيحة أمريكا الشمالية معظم أمريكا الشمالية. تشبه اللوحات قطع الألغاز التي تتلاءم معًا تقريبًا وتغطي سطح الأرض.

اللوحات ليست ثابتة. بدلا من ذلك، يتحركون. في بعض الأحيان يكون أصغر جزء من البوصات على مدى سنوات. وفي أحيان أخرى، تكون هناك حركة أكثر، وتكون مفاجئة أكثر. وهذا النوع من الحركة هو الذي يسبب الزلازل والانفجارات البركانية.

والأكثر من ذلك، أن حركة الصفائح هي عامل حاسم، وربما أساسي، يدفع تطور الحياة على الأرض، لأن الصفائح المتحركة تغير البيئة وتجبر الحياة على التكيف مع الظروف الجديدة.

الحرارة مشتعلة

تتطلب حركة اللوحة عباءة ساخنة. وبالفعل، كلما تعمقت في الأرض، تزداد درجة الحرارة.

وفي الجزء السفلي من الصفائح، على عمق حوالي 60 ميلاً (100 كيلومتر)، تبلغ درجة الحرارة حوالي 2400 درجة فهرنهايت (1300 درجة مئوية).

بحلول الوقت الذي تصل فيه إلى الحدود بين الوشاح والنواة الخارجية، والتي تقع على عمق 1800 ميل (2900 كيلومتر)، تكون درجة الحرارة حوالي 5000 فهرنهايت (2700 درجة مئوية).

ثم، عند الحدود بين النوى الخارجية والداخلية، تتضاعف درجة الحرارة إلى ما يقرب من 10800 فهرنهايت (أكثر من 6000 درجة مئوية). وهذا هو الجزء الساخن مثل سطح الشمس. عند درجة الحرارة هذه، يتبخر كل شيء تقريبًا -المعادن والماس والبشر- إلى غاز. ولكن نظرًا لوجود ضغط عالٍ جدًا في أعماق الكوكب، فإن الحديد الذي يتكون منه يظل سائلًا أو صلبًا.

الاصطدامات في الفضاء الخارجي

من أين تأتي كل تلك الحرارة؟

وهي ليست من الشمس. في حين أنه يدفئنا نحن وجميع النباتات والحيوانات الموجودة على سطح الأرض، إلا أن ضوء الشمس لا يمكنه اختراق أميال من باطن الكوكب.

بدلا من ذلك، هناك مصدران. إحداهما هي الحرارة التي ورثتها الأرض أثناء تكوينها قبل 4.5 مليار سنة. تشكلت الأرض من السديم الشمسي، وهو سحابة غازية عملاقة، وسط تصادمات واندماجات لا نهاية لها بين قطع من الصخور والحطام تسمى الكواكب المصغرة. استغرقت هذه العملية عشرات الملايين من السنين.

وقد تم إنتاج كمية هائلة من الحرارة خلال تلك الاصطدامات، وهي كمية كافية لإذابة الأرض بأكملها. وعلى الرغم من فقدان بعض هذه الحرارة في الفضاء، إلا أن الباقي منها كان محبوسًا داخل الأرض، حيث بقي الكثير منها حتى اليوم.

مصدر الحرارة الآخر: اضمحلال النظائر المشعة، المنتشرة في كل مكان في الأرض.

لفهم ذلك، تخيل أولاً أن العنصر عبارة عن عائلة تضم النظائر كأعضاء فيها. تحتوي كل ذرة من عنصر معين على نفس العدد من البروتونات، لكن أبناء عمومة النظائر المختلفة لديهم أعداد مختلفة من النيوترونات.

النظائر المشعة ليست مستقرة. يطلقون تيارًا مستمرًا من الطاقة التي تتحول إلى حرارة. البوتاسيوم 40 والثوريوم 232 واليورانيوم 235 واليورانيوم 238 هي أربعة من النظائر المشعة التي تحافظ على سخونة باطن الأرض.

قد تبدو بعض هذه الأسماء مألوفة بالنسبة لك. فاليورانيوم 235، على سبيل المثال، يستخدم كوقود في محطات الطاقة النووية. الأرض ليست معرضة لخطر نفاد مصادر الحرارة هذه: على الرغم من اختفاء معظم اليورانيوم 235 والبوتاسيوم 40 الأصليين، إلا أن هناك ما يكفي من الثوريوم 232 واليورانيوم 238 للاستمرار لمليارات السنين الإضافية.

إلى جانب اللب الساخن والوشاح، توفر هذه النظائر المطلقة للطاقة الحرارة اللازمة لدفع حركة الصفائح.

لا حرارة، لا حركة لوحة، لا حياة

وحتى الآن، تستمر الصفائح المتحركة في تغيير سطح الأرض، وتخلق باستمرار أراضٍ جديدة ومحيطات جديدة على مدى ملايين ومليارات السنين. تؤثر الصفائح أيضًا على الغلاف الجوي على فترات زمنية طويلة مماثلة.

لكن لولا الحرارة الداخلية للأرض، لم تكن الصفائح لتتحرك. لكانت الأرض قد بردت. من المحتمل أن يكون عالمنا غير صالح للسكن. لن تكون هنا.

فكر في ذلك، في المرة القادمة التي تشعر فيها بالأرض تحت قدميك.

مرحبًا أيها الأطفال الفضوليون! هل لديك سؤال تود أن يجيب عليه أحد الخبراء؟ اطلب من شخص بالغ أن يرسل سؤالك إلى CuriousKidsUS@theconversation.com. من فضلك أخبرنا باسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.

تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: شيشون هوانغ، جامعة تينيسي

اقرأ المزيد:

لا يعمل Shichun Huang لدى أي شركة أو مؤسسة أو يستشيرها أو يمتلك أسهمًا فيها أو يتلقى تمويلًا منها قد تستفيد من هذه المقالة، ولم يكشف عن أي انتماءات ذات صلة بعد تعيينه الأكاديمي.