توصل علماء من جامعة إهيمه اليابانية إلى أن باطن الأرض يحتوي على هيدروجين سائل فائق الشحنة يوجد في حالة فيزيائية شاذة.

توصل علماء من جامعة إهيمه اليابانية إلى أن باطن الأرض يحتوي على هيدروجين سائل فائق الشحنة يوجد في حالة فيزيائية شاذة.

اكتشاف احتياطي هائل من الهيدروجين في باطن الأرض

صورة تعبيرية / CHRISTOPH BURGSTEDT/SCIENCE PHOTO LIBRARY / / Gettyimages.ru

إقرأ المزيد

باطن الأرض يخبئ مفاجأة!

باطن الأرض يخبئ مفاجأة!

وأشارت دراسة نشرتها دورية Proceedings of the National Academy of Sciences إلى أن النمذجة الديناميكية الحرارية ساعدت في فهم سلوك هذه المادة عند درجات الحرارة المرتفعة.

ونظرا لاستحالة دراسة مركز الأرض بصورة مباشرة، يعتمد علماء الجيوفيزياء على المحاكاة الحاسوبية. وفي هذه الدراسة، ركز الباحثون على الهيدروجين في درجات الحرارة العالية، حيث يصبح موصلا للكهرباء ويكتسب خصائص سائلة. ولتحليل هذه الظاهرة، طوروا نماذج كمومية لسبائك الحديد والهيدروجين ذات تراكيب بلورية مختلفة.

وأظهرت نتائج اختبار البنيتين البلوريتين، المكعبة مركزية الجسم والسداسية المتراصة، أن البنية الأولى تمتلك طاقة حرة فائضة، ما يجعلها نشطة كيميائيا بما يكفي لوجودها في أعماق الأرض. إلا أنها، تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة، تنصهر وتتحول إلى كتلة متجانسة.

ووفقا لحسابات ميكانيكا الكم، تسود البنية السداسية المتراصة في النواة الداخلية للأرض، إذ تحافظ على استقرارها الديناميكي الحراري عند ضغط يبلغ نحو 3.5 مليون ضعف الضغط الجوي، كما يظل هذا الاستقرار قائما عند درجات حرارة تتجاوز 6000 كلفن (نحو 5727 درجة مئوية)، وهي درجة حرارة تقارب حرارة سطح الشمس.

كما حدد العلماء تدرجا شعاعيا في توزيع الهيدروجين داخل الأرض، إذ ينخفض تركيز هذا العنصر الخفيف عند الانتقال من النواة الخارجية إلى النواة الداخلية، ما يدفع الهيدروجين فائق التأين إلى الخارج، حيث يختلط بالصخور المنصهرة.

وأشار الباحثون إلى أن دورة انتقال العناصر الخفيفة والثقيلة توفر الطفو الكيميائي اللازم لديناميكا باطن الأرض، وهي العملية التي تسهم في توليد المجال المغناطيسي للأرض. كما أن التوزيع غير المتجانس للعناصر، إلى جانب تأثيرات الضغط، يحكم العمليات الديناميكية الحرارية داخل الكوكب، ويسمح للنواة الحديدية الداخلية بالنمو بمعدل يقارب مليمترا واحدا سنويا.

وأكد الباحثون أن هذه النتائج توسع فهمنا للعمليات التي شكلت كوكب الأرض، وقد تسهم في تحسين التنبؤ بالتغيرات التي تطرأ على المجال المغناطيسي للأرض من خلال فهم آليات توزيع العناصر في باطنها.

ويعتزم الفريق تطبيق نموذجه الرياضي لدراسة سلوك الأكسجين والكربون في النواة، مؤكدين أن المحاكاة الحاسوبية لا تزال الوسيلة الأساسية لاستكشاف باطن الأرض، الذي يصعب الوصول إليه مباشرة.

المصدر: science.mail.ru

وأشارت دراسة نشرتها دورية Proceedings of the National Academy of Sciences إلى أن النمذجة الديناميكية الحرارية ساعدت في فهم سلوك هذه المادة عند درجات الحرارة المرتفعة.

ونظرا لاستحالة دراسة مركز الأرض بصورة مباشرة، يعتمد علماء الجيوفيزياء على المحاكاة الحاسوبية. وفي هذه الدراسة، ركز الباحثون على الهيدروجين في درجات الحرارة العالية، حيث يصبح موصلا للكهرباء ويكتسب خصائص سائلة. ولتحليل هذه الظاهرة، طوروا نماذج كمومية لسبائك الحديد والهيدروجين ذات تراكيب بلورية مختلفة.

وأظهرت نتائج اختبار البنيتين البلوريتين، المكعبة مركزية الجسم والسداسية المتراصة، أن البنية الأولى تمتلك طاقة حرة فائضة، ما يجعلها نشطة كيميائيا بما يكفي لوجودها في أعماق الأرض. إلا أنها، تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة، تنصهر وتتحول إلى كتلة متجانسة.

ووفقا لحسابات ميكانيكا الكم، تسود البنية السداسية المتراصة في النواة الداخلية للأرض، إذ تحافظ على استقرارها الديناميكي الحراري عند ضغط يبلغ نحو 3.5 مليون ضعف الضغط الجوي، كما يظل هذا الاستقرار قائما عند درجات حرارة تتجاوز 6000 كلفن (نحو 5727 درجة مئوية)، وهي درجة حرارة تقارب حرارة سطح الشمس.

كما حدد العلماء تدرجا شعاعيا في توزيع الهيدروجين داخل الأرض، إذ ينخفض تركيز هذا العنصر الخفيف عند الانتقال من النواة الخارجية إلى النواة الداخلية، ما يدفع الهيدروجين فائق التأين إلى الخارج، حيث يختلط بالصخور المنصهرة.

وأشار الباحثون إلى أن دورة انتقال العناصر الخفيفة والثقيلة توفر الطفو الكيميائي اللازم لديناميكا باطن الأرض، وهي العملية التي تسهم في توليد المجال المغناطيسي للأرض. كما أن التوزيع غير المتجانس للعناصر، إلى جانب تأثيرات الضغط، يحكم العمليات الديناميكية الحرارية داخل الكوكب، ويسمح للنواة الحديدية الداخلية بالنمو بمعدل يقارب مليمترا واحدا سنويا.

وأكد الباحثون أن هذه النتائج توسع فهمنا للعمليات التي شكلت كوكب الأرض، وقد تسهم في تحسين التنبؤ بالتغيرات التي تطرأ على المجال المغناطيسي للأرض من خلال فهم آليات توزيع العناصر في باطنها.

ويعتزم الفريق تطبيق نموذجه الرياضي لدراسة سلوك الأكسجين والكربون في النواة، مؤكدين أن المحاكاة الحاسوبية لا تزال الوسيلة الأساسية لاستكشاف باطن الأرض، الذي يصعب الوصول إليه مباشرة.

المصدر: science.mail.ru