کاهش طول روز در زمین

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری سیپکس به نقل از سی ان ان ، در اعماق زمین یک توپ فلزی جامد وجود دارد که مستقل از سیاره‌ی در حال چرخش ما، می‌چرخد و ماهیت آن در هاله‌ای از رمز و راز قرار دارد.

این هسته درونی از زمان کشفش توسط «اینگه لمان» «Inge Lehmann» لرزه شناس دانمارکی در سال ۱۹۳۶، محققان را مجذوب خود کرده و چندین دهه است که چگونگی حرکتش – سرعت و جهت چرخش آن – کانون بحث‌های داغ دانشمندان بوده است. 

شواهد بسیاری نشان می‌دهد چرخش هسته در سال‌های اخیر به طور چشمگیری تغییر کرده، اما دانشمندان درباره اینکه دقیقا چه چیز در حال روی دادن است و همچنین، معنای آن، اختلاف نظر دارند.

بخشی از مشکل این است که مشاهده یا نمونه برداری مستقیم از درون اعماق زمین غیرممکن است. زلزله شناسان با بررسی نحوه رفتار امواج ناشی از زلزله‌های بزرگ که به این ناحیه برخورد کرده، اطلاعاتی در مورد حرکت هسته داخلی به دست آورده اند. دانشمندان با بررسی تغییرات بین امواجی با نیرو‌های مشابهی که در زمان‌های مختلف از هسته عبور کرده اند، توانسته اند تغییرات ایجاد شده در هسته داخلی را اندازه گیری و چرخش آن را محاسبه کنند.

دکتر «لورن وازک» «Lauren Waszek» استاد علوم فیزیکی در دانشگاه جیمز کوک استرالیا گفت: چرخش افتراقی هسته داخلی به عنوان یک پدیده در دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ مطرح شد، اما تا دهه ۹۰ شواهد لرزه شناسی آن منتشر نشد.

به گفته وازک، محققان در مورد چگونگی تفسیر این یافته‌ها توافق ندارند، در درجه اول به دلیل چالش انجام مشاهدات دقیق از هسته داخلی، به دلیل دور بودن آن و داده‌های محدود در دسترس. در نتیجه، مطالعاتی که طی سال‌ها و دهه‌های بعدی انجام شد، در مورد میزان چرخش و همچنین جهت آن نسبت به گوشته، اختلاف نظر دارند. برخی از تحلیل‌ها حتی پیشنهاد کردند که هسته اصلا نمی‌چرخد.

یکی از مدل‌های امیدوارکننده‌ای که در سال ۲۰۲۳ ارائه شد، هسته داخلی را توصیف می‌کند که در گذشته سریع‌تر از خود زمین می‌چرخیده، اما اکنون کندتر می‌چرخد. بر اساس گزارش دانشمندان، برای مدتی چرخش هسته با چرخش زمین مطابقت داشته سپس حتی بیشتر کند شده، تا زمانی نیز هسته نسبت به لایه‌های سیال اطراف خود، به سمت عقب حرکت کرده است.

در آن زمان، برخی از کارشناسان هشدار دادند که برای تقویت این نتیجه گیری، به داده‌های بیشتری نیاز است، و اکنون گروه دیگری از پژوهشگران شواهد جدید قانع کننده‌ای برای فرضیه میزان چرخش هسته داخلی، ارائه کرده اند.

این تحقیقات که نتایج آن در نشریه Nature منتشر شده است نه تنها کاهش سرعت هسته را تایید می‌کند، بلکه از نظریه سال ۲۰۲۳ نیز حمایت می‌کند که این کاهش شتاب هسته، بخشی از یک الگوی چند دهه‌ای کاهش و افزایش سرعت است.

هدف دانشمندان از مطالعه هسته داخلی، شناخت چگونگی شکل گیری فضای داخلی اعماق زمین و چگونگی اتصال و ارتباط فعالیت در تمام لایه‌های زیرسطحی سیاره است.

دکتر «جان ویدال» «John Vidale» استاد دانشگاه علوم زمین در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی، گفت: یافته‌های جدید تایید می‌کند تغییرات در سرعت چرخش، دنباله رو یک چرخه ۷۰ ساله است.

هسته داخلی فلزی جامد که عمدتا از آهن و نیکل ساخته شده در عمق پنج هزار و ۱۸۰ کیلومتری زمین قرار دارد و توسط یک هسته خارجی فلزی مایع، احاطه شده است. تخمین زده می‌شود گرمای آن به اندازه سطح خورشید باشد یعنی حدود پنج هزار و ۴۰۰ درجه سانتیگراد باشد.

میدان مغناطیسی زمین به این توپ جامد از فلز داغ، تکان وارد کرده و باعث چرخش آن می‌شود. در همان زمان، گرانش و جریان هسته بیرونی سیال و گوشته، به سمت هسته کشیده می‌شوند. ویدال گفت که طی چندین دهه، فشار و کشش این نیرو‌ها باعث تغییرات در سرعت چرخش هسته شده است.

حرکت مایع غنی از فلز در هسته بیرونی، با تولید جریان‌های الکتریکی، میدان مغناطیسی برای زمین را ایجاد می‌کند که سیاره ما را از تشعشعات مرگبار خورشید در امان نگه می‌دارد. اگرچه تاثیر مستقیم هسته داخلی بر میدان مغناطیسی زمین ناشناخته مانده است، اما دانشمندان پیشتر در سال ۲۰۲۳ گزارش داده بودند که چرخش کندتر هسته می‌تواند به طور بالقوه‌ای بر میدان مغناطیسی زمین تاثیر گذاشته و همچنین طول روز را به طور جزئی کوتاه کند.

دانشمندان در تلاش برای بررسی تمام سیاره تا حد امکان، معمولا دو نوع امواج لرزه‌ای را دنبال می‌کنند: امواج فشار یا امواج P، و امواج برشی یا امواج S. بر اساس اعلام سازمان زمین شناسی آمریکا، امواج P در تمام انواع ماده و امواج S فقط از طریق جامدات یا مایعات بسیار غلیظ حرکت می‌کنند.

زلزله شناسان در دهه ۱۸۸۰ اظهار داشتند امواج S که توسط زمین لرزه‌ها ایجاد می‌شود از تمام بخش‌های زمین عبور نمی‌کند و بنابراین به این نتیجه رسیدند که هسته زمین مذاب است. اما برخی از امواج P، پس از عبور از هسته زمین، در مکان‌های غیرمنتظره‌ای پدید آمدند: منطقه‌ای که لمان آن را «منطقه سایه» نامید. این امواج، ناهنجاری‌هایی را ایجاد کرد که توضیح آنها غیرممکن بود. لمان اولین کسی بود که بر اساس داده‌های یک زلزله عظیم در نیوزیلند در سال ۱۹۲۹ پیشنهاد کرد که امواج P سرگردان ممکن است با یک هسته داخلی جامد درون هسته بیرونی مایع در تعامل باشند.

مجریان مطالعه ۲۰۲۳ با ردیابی امواج لرزه‌ای ناشی از زمین لرزه‌هایی که از سال ۱۹۶۴ از طریق هسته داخلی زمین در مسیر‌های مشابه عبور کرده اند، دریافتند، چرخش هسته داخلی زمین، چرخه ۷۰ ساله را دنبال می‌کند. در دهه ۱۹۷۰، هسته داخلی کمی سریعتر از سیاره می‌چرخید. در حدود سال ۲۰۰۸ این روند کند شد و از سال ۲۰۰۸ تا ۲۰۲۳ نسبت به گوشته کمی معکوس حرکت کرده است.

آینده چرخش هسته 

ویدال و همکارانش در انجام این مطالعه جدید، امواج لرزه‌ای تولید شده توسط زمین لرزه‌ها را در مکان‌های مشابه در زمان‌های مختلف رصد کردند. آنها ۱۲۱ نمونه از چنین زمین لرزه‌هایی را شناسایی کردند که بین سال‌های ۱۹۹۱ تا ۲۰۲۳ در جزایر سندویچ جنوبی، مجمع الجزایری از جزایر آتشفشانی در اقیانوس اطلس تا شرق جنوبی‌ترین نقطه آمریکای جنوبی رخ داده است.

محققان همچنین امواج ضربه‌ای نفوذ کننده به هسته ناشی از آزمایش‌های هسته‌ای شوروی سابق را که بین سال‌های ۱۹۷۱ و ۱۹۷۴ انجام شد، بررسی کردند.

ویدال گفت وقتی هسته می‌چرخد، بر زمان رسیدن موج تأثیر می‌گذارد. مقایسه زمان بندی سیگنال‌های لرزه‌ای هنگام برخورد به هسته، تغییراتی را در چرخش هسته در طول زمان نشان داده و وجود چرخه چرخش ۷۰ ساله را تأیید کرد. بر اساس محاسبات محققان، هسته تقریبا آماده است تا دوباره سرعت خود را از سر بگیرد.

وازک گفت، در مقایسه با سایر مطالعات لرزه نگاری هسته، که تک تک زمین لرزه‌ها را هنگام عبور از هسته اندازه گیری می‌کنند – صرف نظر از زمان رخ دادنشان – استفاده تنها از زمین لرزه‌های جفتی میزان داده‌های قابل استفاده را کاهش می‌دهد و روش را چالش برانگیزتر می‌کند.

اما ویدال معتقد است این کار باعث شد دانشمندان بتوانند تغییرات در چرخش هسته را با دقت بیشتری اندازه گیری کنند. اگر مدل گروه او درست باشد، چرخش هسته در حدود ۵ تا ۱۰ سال دوباره شروع به افزایش سرعت خواهد کرد.

 وازک اظهار داشت: علاوه بر این، محاسبات این گروه حاکی از آن است که هسته دارای نرخ‌های چرخشی متفاوتی برای حرکت رو به جلو و عقب است؛ موضوعی که می‌تواند بحث‌های علمی را جذاب‌تر کند.

ویدال بیان داشت: تغییرات در چرخش هسته، اگرچه قابل ردیابی و اندازه گیری است، اما برای ساکنان روی سطح زمین کاملا نامحسوس است. وقتی هسته آهسته‌تر می‌چرخد، گوشته سرعت می‌گیرد. این جابجایی باعث می‌شود زمین سریعتر بچرخد و طول یک روز کوتاه‌تر شود. او گفت، اما چنین جابجایی‌های چرخشی به هزارم ثانیه در طول روز ترجمه می‌شود.

ویدال افزود، منطقه اسرارآمیزی که در آن هسته بیرونی مایع، هسته داخلی جامد را در بر می‌گیرد، بسیار جالب است. به عنوان مکانی که مایع و جامد به هم می‌رسند، این مرز «پر از پتانسیل فعالیت است»، همانطور که مرز هسته – گوشته و مرز بین گوشته و پوسته است. ممکن است آتشفشان‌هایی در مرز هسته داخلی داشته باشیم، به عنوان مثال، جایی که جامد و سیال در حال آرام گرفتن و حرکت هستند.