ارسال دیدگاه
امروز: پنج شنبه , ۱۳ شهریور , ۱۴۰۴
X
محققان بر این باورند که عنصر کربن نقش حیاتی در انجماد هسته زمین ایفا کرده است. با توجه به اینکه کربن در فرآیند خنک‌سازی و منجمد شدن هسته بیرونی مذاب سهم دارد، مرکز جامد و غنی از آهن زمین همچنان به رشد خود ادامه می‌دهد. پژوهشگران با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای در مقیاس اتمی توانستند اهمیت کربن در شکل‌گیری هسته جامد را کشف کنند.
مرکز واقعی زمین از زمانی که انسان‌ها کنجکاوی درباره سیاره‌مان را آغاز کردند، همواره یک راز بوده است. اکنون محققان در انگلستان معتقدند که توانسته‌اند معمای شیمیایی پنهانی را حل کنند که به توضیح جرم جامد و غنی از آهنی کمک می‌کند که به عنوان هسته داخلی زمین عمل می‌کند و کربن در این فرآیند نقش کلیدی ایفا می‌کند.
ما می‌دانیم که امروزه هسته داخلی جامد و غنی از آهن زمین به‌طور پیوسته و آهسته رشد می‌کند، زیرا با خنک شدن و منجمد کردن هسته بیرونی مذاب اطراف خود، سخت‌تر می‌شود. با این حال، چگونگی شروع این انجماد از ابتدا همچنان سوالی بی‌پاسخ باقی مانده بود. خنک‌سازی هسته تا نقطه انجماد تنها به دما بستگی ندارد، بلکه نیازمند حفظ ترکیب شیمیایی دقیق برای ایجاد بلورشدن است، که موجب خنک شدن هسته بیرونی قبل از انجماد می‌شود بدون اینکه اثرات جانبی منفی زیادی تولید شود.
اگر این فرآیند فوق‌سردسازی هسته به این اندازه دقیق نبود، ما اثرات متعددی را روی زمین مشاهده می‌کردیم، مثلا یک هسته داخلی بسیار بزرگ‌تر داشتیم یا حتی ممکن بود میدان مغناطیسی زمین از بین برود. با توجه به اینکه چنین اتفاقاتی رخ نداده، دانشمندان بر این باورند که هسته اولیه با دمایی حدود ۲۵۰ درجه سانتی‌گراد پایین‌تر از نقطه ذوب خود خنک شده است، نه اینکه به سرعت بیش از ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد زیر نقطه ذوب سرد شود.
مطالعه‌ای جدید که در Nature Communications منتشر شده و توسط محققانی از دانشگاه آکسفورد، دانشگاه لیدز و دانشگاه کالج لندن هدایت شده است، هدفش بررسی این موضوع بود که چگونه هسته داخلی بدون سردسازی شدید قبلی وجود دارد. پاسخ به این سوال نیازمند شبیه‌سازی رایانه‌ای فرآیند انجماد و درک این بود که عناصر مانند سیلیکون، گوگرد، اکسیژن و کربن چگونه می‌توانند روی فرآیند انجماد تاثیر بگذارند.
اندرو واکر، نویسنده مقاله و دانشیار علوم زمین در آکسفورد، گفت: «هر یک از این عناصر در گوشته بالایی زمین حضور دارند و بنابراین ممکن است طی تاریخ زمین در هسته حل شده باشند. این موضوع می‌تواند توضیح دهد که چرا هسته داخلی جامد با میزان نسبتاً کمی از سردسازی شدید شکل گرفته است. حضور یکی یا چند عنصر از این‌ها همچنین می‌تواند دلیل چگالی کمتر هسته نسبت به آهن خالص را توجیه کند.»
تیم پژوهشی، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای در مقیاس اتمی را روی حدود ۱۰۰,۰۰۰ اتم در دما و فشار معادل هسته داخلی انجام داد. این شبیه‌سازی‌ها امکان ردیابی شکل‌گیری خوشه‌های کوچک شبه بلوری اتم‌ها از حالت مایع را فراهم کرد. این وقایع که به آن‌ها «هسته‌زایی» گفته می‌شود، نخستین گام‌ها در مسیر انجماد هستند.
محققان شگفت‌زده شد وقتی دریافتند سیلیکون و گوگرد، دو عنصری که اغلب با هسته داخلی مرتبط هستند، فرآیند انجماد را کند می‌کنند و این نخستین نشانه بود که باورهای پیشین درباره هسته زمین ممکن است اشتباه باشد. از سوی دیگر، کربن به عنوان تسریع‌کننده کلیدی انجماد زمین ظاهر شد و نشان داد که احتمالاً در هسته زمین بیشتر از آنچه تاکنون تصور می‌کردیم وجود دارد.
شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که اگر ۳.۸ درصد جرم هسته از کربن تشکیل شده باشد، فرآیند فوق‌سردسازی در دمای ۲۶۶ درجه سانتی‌گراد ممکن می‌شود، که این تنها ترکیب شناخته شده‌ای است که هم هسته‌زایی و هم اندازه مشاهده‌شده هسته داخلی را توضیح می‌دهد.
نتایج پژوهش نه تنها نشان‌دهنده میزان کربن بسیار بیشتر در هسته نسبت به حدس‌های پیشین است، بلکه نشان می‌دهد بدون کربن، بخش جامد هسته داخلی زمین حتی وجود نداشت. پژوهشگران نوشتند: «آزمایش‌ها نشان می‌دهند که انجماد هسته داخلی تنها با ترکیب شیمیایی دقیق امکان‌پذیر بوده و برخلاف آب هنگام تشکیل تگرگ، این فرآیند بدون دانه‌های هسته‌زایی کمک می‌کنند انجماد آغاز شود، انجام شده است. این موضوع حیاتی است، زیرا در شبیه‌سازی‌های قبلی، تمامی نامزدهای دانه‌های هسته‌زایی در هسته یا ذوب شده‌اند یا حل شده‌اند.»
اکنون انتظار می‌رود کربن به ما کمک کند تا پاسخ‌های بیشتری به پرسش‌های حل‌نشده درباره هسته زمین بدهد.
دانلود آهنگ
طراحی و اجرا :
وین تم
هر گونه کپی برداری از طرح قالب یا مطالب پیگرد قانونی خواهد داشت ، کلیه حقوق این وب سایت متعلق به وب سایت تک فان است
دیدگاهتان را بنویسید