کشف رودی از آهن مذاب در هسته زمین

ما به طور معمول رودبادها (جریان‌های‌ جتی) را در ارتباط با آب و هوا می‌شناسیم ولی اکنون دانشمندان به کمک یکی از ماهواره‌های سازمان فضایی اروپا (ESA) یک رودباد را در ژرفای زیر سطح زمین یافته‌اند- رودبادی رو به باختر که سرعتش هم رو به افزایش است (شتاب دارد)!

نمایی از بالای قطب شمال که مسیر رودباد درون هسته‌ را
نشان می‌دهد (پیکان های سیاه). تصویر بزرگ‌تر

ماهواره‌های سه‌گانه‌ی Swarm که در سال ۲۰۱۳ به فضا پرتاب شدند، میدان‌های مغناطیسی گوناگونی که از هسته‌، گوشته، پوسته، اقیانوس‌ها، یونکُره، و مغناطکره‌ی زمین بیرون می‌زنند را اندازه‌ گرفته و موشکافی می‌کنند.

این سیگنال‌ها با هم میدان مغناطیسی‌ سرتاسری زمین را می‌سازند که مانند یک سپر از ما در برابر پرتوهای کیهانی و ذرات باردار درون باد خورشیدی نگاهبانی می‌کند.

سنجش میدان‌های مغناطیسی یکی از چند راهیست که با آن می‌توانیم درون سیاره‌مان را ببینیم. کریس فینلی از دانشگاه صنعتی دانمارک می‌گوید: «آگاهی ما از خورشید بیشتر از هسته‌ی زمین است زیرا خورشید پشت ۳۰۰۰ کیلومتر سنگ پنهان نشده.»

دلیل وجود میدان مغناطیسی زمین، اقیانوسی از آهن مایع فرا-داغ و چرخانست که هسته‌ی بیرونی را ساخته. این آهن مایع مانند یک رسانای چرخان در دینام دوچرخه، جریان‌های الکتریکی پدید می‌آورد که آنها هم به نوبه‌ی خود این میدان مغناطیسیِ پیوسته در تغییر را تولید می‌کنند.

بنابراین پژوهشگران با ردیابی تغییرات این میدان مغناطیسی می‌توانند از چگونگی حرکت آهن در هسته آگاه شوند.

سنجش‌های دقیق با ناوگان ماهواره‌های Swarm به دانشمندان اجازه می‌دهد تا چشمه‌های گوناگون مغناطیس را از هم جدا کرده و سهم هسته [در پیدایش این میدان] را بسیار روشن‌تر کنند.

نویسندگان پژوهشنامه‌ای در این باره که در نشریه‌ی نیچر جئوساینس منتشر شده توضیح داده‌اند که چگونه سنجش‌های Swarm به کشف یک رودباد ( jet stream) در هسته انجامیده است.

فیل لیوِرمور از دانشگاه لیدز بریتانیا و نویسنده‌ی اصلی پژوهشنامه می‌گوید: «ما به لطف این سه ماهواره‌ به بینش‌های تازه‌ای درباره ی پویایی هسته‌ی زمین دست یافته و توانسته‌ایم برای نخستین بار این رودباد را ببینیم، و تنها این نیست، ما حتی به چرایی وجودش هم پی برده‌ایم.»

کشف این رودباد با ردگیری دو منطقه‌ی بزرگ ولی نامعمول از شار مغناطیسی انجام شد که از مرز هسته-گوشته ریشه گرفته و زیر آلاسکا و سیبری جای داشتند (الگوی لکه‌های شاری). دکتر لیورمور می‌گوید: «این لکه‌های شاریِ عرض بالا مانند لکه‌های درخشانی در میدان مغناطیسی هستند و دیدن تغییرات آن را برای ما آسان می‌کنند.»

این دو منطقه با حرکت جریان آهن مایع حرکت می‌کردند. از آنجایی که جابجایی آنها تنها می‌توانست از جابجایی فیزیکی آهن مایع سرچشمه گرفته باشد، پس  مانند یک نشانگر، به دانشمندان امکان دنبال کردن جریان آهن را دادند.

ناوگان Swarm نشان داده‌اند که این جابجایی‌ها در واقع یک رودباد هستند که دارد با سرعت بیش از ۴۰ کیلومتر در سال حرکت می‌کند- سه برابر سریع‌تر از سرعت‌های معمول خود هسته و صدها هزار برابر سریع‌تر از جابجایی صفحه‌های زمین‌ساختی زمین. این سرعت از ۲۰۰۰ تا ۲۰۱۶ سه برابر شده.

لیورمور می‌گوید: «ما می‌توانیم آن را به عنوان شتاب در نواری از مایع هسته که دور قطب‌ها حلقه زده توصیف کنیم، مانند رودبادهای جَوی.»

خوب چه چیزی این رودباد را پدید آورده و چرا دارد سرعت می‌گیرد؟

شیوه‌ی شکل‌گیری رودی از آهن مایع در هسته‌ی بیرونی زمین. دیدگاه این تصویر در راستای قطبی است

لیورمور و همکارانش می‌گویند این جریان در اثر حرکت آهن مایع پیرامون هسته‌ی درونی که از آهن جامد است پدید آمده‌. در هسته‌ی بیرونی و کنار هسته‌ی درونی، دو استوانه‌ی همراستا (موازی) از آهن مایع چرخان وجود دارد که محورشان در راستای شمال-جنوب زمین است. جایی که این استوانه‌های چرخان با هسته‌ی جامد در تماسند و به آنها فشار وارد می‌شود، مانند یک جفت غلتک رفتار کرده و با فشار، آهن مایع اضافی را به بیرون می‌رانند که همین باعث پدید آمدن یک جریان می‌شود.

این به شکل‌گیری و حرکتِ دو میدان مغناطیسی لوب-مانند که به شکل لکه‌هایی از شار توسط ماهواره ها دیده شده‌اند انجامیده. [تصویر دوم را ببینید]

پرفسور راینر هولرباخ از دانشگاه لیدز هم می‌گوید: «بی‌شک باید نیرویی در کار باشد که این مایع را به سوی مرز می‌راند. این نیرو می‌تواند توسط پدیده‌ی "شناوری" (buoyancy) فراهم شود، یا به احتمال بیشتر، از تغییرات در میدان مغناطیسی درون هسته.»

چنانچه در پژوهشنامه آمده، شتاب کنونی می‌تواند گامی از یک نوسان بلندمدت‌تر در این رودباد باشد که باعث حرکتِ هم باختری و هم خاوریِ ساختارهای مغناطیسی در دوره‌های تاریخ زمین می‌شده.

گروه دانشمندان Swarm همچنان بیننده و تماشاگر رویدادهای آینده‌اند. رون فلوبرگهاگن، مدیر ماموریت Swarm از اِسا می‌افزاید: «به احتمال بسیار شگفتی‌های بیشتری خواهیم یافت. میدان مغناطیسی زمین همیشه در تغییر خواهد بود، و این می‌تواند حتی جهت رودباد را هم تغییر دهد.»

وی می‌گوید: «این ویژگی یکی از نخستین یافته‌ها از ژرفای زمین است که توسط Swarm به دست آمده. با واگشود (تفکیک‌پذیری) بی‌سابقه‌ای که امکان‌پذیر شده، دوره‌ای بسیار هیجان‌انگیز فرارسیده- واقعا نمی‌دانیم چه کشف دیگری درباره‌ی سیاره‌مان در انتظار ماست.»

--------------------------------------------

به کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان بپیوندید:

http://telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

jet stream - ESA - magnetic field - Earth - Swarm - core - mantle - crust - ocean - ionosphere - magnetosphere - cosmic radiation - solar wind - planet - Chris Finlay - Technical University of Denmark - Sun - iron - outer core - conductor - bicycle - dynamo - electrical current - Nature Geoscience - Phil Livermore - University of Leeds - UK - Alaska - Siberia - latitude - tectonic plate - acceleration - Rainer Hollerbach - buoyancy - Rune Floberghagen -

منبع: ESA

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان