سوخت هسته ایی زمین تا چه زمانی دوام می‌آورد

به نقل از ديجياتو : در تمام سال، دماي پوسته زمين به طور نسبي ثابت در نظر گرفته مي‌شود، با اين حال، در زير پوسته زمين، جايي دقيقا در زير پاي ما، مکان بسيار داغي وجود دارد و آن هسته زمين است. هسته زمين با حرکت صفحه‌هاي زمين و مراقبت از ما در برابر امواج خورشيدي، بخشي از شرايط حيات روي اين سياره را تامين مي‌کند. اما اين هسته تا کي مي‌تواند همچنان داغ بماند؟

هسته زمين چقدر داغ است؟

دانشمندان دماي هسته زمين را ۱۰ هزار درجه سلسيوس تخمين زده‌اند و بر اين باورند که از دماي سطح خورشيد نيز بيشتر است. نظريه‌اي وجود دارد که چنين دماي بالايي را توجيه مي‌کند.

در حدود ۴.۵ ميليارد سال پيش، منظومه شمسي متشکل از ابر غباري سردي بود که در تمام ناحيه منظومه شمسي امروزي پخش شده بود. کم‌کم اين ابر به دليل وجود جاذبه، درون خود فرو ريخت و قرص بسيار بزرگي را تشکيل داد که به دور خود مي‌چرخيد.

مرکز اين قرص، خورشيد را تشکيل داد و حلقه‌هاي بيروني خورشيد، تبديل به کره‌هاي عظيم آتشين و مذابي شدند که به مرور زمان سرد شدند و به حالت جامد درآمدند. در همان زمان، سطح سيارات جديد با اجرام بزرگ درون منظومه شمسي بمباران ميشد و درون آن‌ها گرماي شديدي را توليد ميکرد که باعث ذوب شدن مواد درون سيارات مي‌شد.

وقتي زمين تشکيل شد، کره يکپارچه‌اي از سنگ داغ بود. واپاشي هسته‌اي و گرماي باقي مانده از شکل‌گيري سياره، زمين را بيشتر از قبل گرم کرد. بالاخره بعد از پانصد ميليون سال، دماي زمين به نقطه ذوب آهن، ۱۵۳۸ درجه سلسيوس، رسيد. اين دماي بالا به مواد مذاب زمين اجازه داد که سريع تر حرکت کنند و مواد شناور مانند آب و سيليکات و حتي هوا، در نزديکي سطح بيرون زمين باقي بماند و گوشته و پوسته آن را به وجود آورند. قطرات آهن و نيکل و حتي فلزات سنگين‌تر، در مرکز زمين جمع شدند و هسته اوليه را تشکيل دادند. چنين فرآيندي تمايز سياره‌اي نام دارد که در آن لايه‌هاي مختلف سياره شکل م‌يگيرد.

برخلاف گوشته و پوسته زمين که داراي مقدار زيادي مواد معدني است، هسته آن فقط از فلزات، به خصوص آهن و نيکل تشکيل شده است. در حالي که هسته داخلي، کره اي جامد با شعاع ۱۲۲۰ کيلومتر و دماي ۵۴۳۰ درجه سلسيوس است، هسته خارجي لايه سيالي است که ضخامت آن ۲۴۰۰ کيلومتر و دماي آن بين ۲۷۳۰ تا ۷۷۳۰ درجه سلسيوس متغير است. چنين دماي بالايي سه دليل اساسي دارد؛ واپاشي هسته‌اي عناصر درون هسته، باقي مانده گرما از دوران شکل‌گيري سياره و گرماي آزاد شده از فرآيند جامد شدن سيال در مرز بين هسته داخلي و خارجي.

حالا دليل داغ بودن هسته زمين را متوجه شديم، اين حرارت تا کي دوام مي‌آورد؟ دانشمندان اعلام کردند که تا چهار سال آينده به اين سوال پاسخ خواهند داد. محققان بر اين باورند که از ابتداي شکل‌گيري زمين، اين سياره به طور قابل توجهي سرد شده، گرچه حرارت دوران شکل‌گيري هنوز در آن باقي مانده است. در حالي که گرماي ابتدايي در حال از بين رفتن است، شکل ديگري از گرما، پوسته و گوشته را گرم نگه ميدارد. مواد راديواکتيو طبيعي به مقدار زيادي در اعماق زمين و اطراف پوسته وجود دارد. طي فرآيند واپاشي هسته‌اي، گرماي مورد نياز زمين تامين ميشود.

دانشمندان مي‌دانند که گرماي زمين با سرعت مشخصي به درون فضا ميرود، اما چيزي که نميدانند اين است که چه مقدار از آن، گرماي اوليه است؟ اگر گرماي زمين عمدتا از گرماي اوليه باشد، در اين صورت زمين خيلي سريع‌تر سرد مي‌شود و اما اگر گرمايي هم از واپاشي هسته‌اي توليد شود، آنگاه اين گرما مدت زمان طولاني‌تري دوام مي‌آورد.

در حالي که اين موضوع نگران کننده به نظر مي‌رسد، تعدادي از دانشمندان تخمين مي‌زنند که هسته زمين بعد از حدود ۹۱ ميليارد سال سرد مي‌شود و اين در حالي است که تا پنج ميليارد سال ديگر خورشيد از بين مي‌رود و زمين را در خود ذوب مي‌کند!

چرا دماي هسته زمين مهم است؟

هسته زمين، دماي اين سياره را در حالت تعادل نگه ميدارد و از آن مهم‌تر، ميدان مغناطيسي زمين را توليد ميکند. علت به وجود آمدن ميدان مغناطيسي زمين، حرکت مواد مذاب در هسته خارجي است.

اين ميدان مغناطيسي عظيم تا فضا ادامه پيدا مي‌کند و از برخورد ذرات باردار خورشيدي به زمين جلوگيري ميکند. وظيفه اين ميدان ايجاد سد غير قابل نفوذي است که از زمين در برابر سريع‌ترين و پر انرژي‌ترين ذرات محافظت مي‌کند.

اين ميدان‌ها کمربند ون الن ناميده مي‌شوند و آن‌ها هستند که حيات را روي زمين ممکن مي‌کنند. بدون اين سپرهاي مغناطيسي، بادهاي خورشيدي به اتمسفر زمين برخورد مي‌کردند و لايه اوزون را از بين مي‌بردند و در نتيجه، امواج فرابنفش به سطح زمين نفوذ مي‌کرد و ديگر از حيات خبري نبود.

تصور مي‌شود که مريخ نيز زماني داراي کمربند ون الن بوده و هنگامي که هسته آن سرد شد، اين کمربند نيز از بين رفته و سبب برخورد بادهاي خورشيدي به اتمسفر مريخ شده است و در نتيجه، از مريخ سياره‌اي بي‌آب و علف باقي مانده است.

سوخت هسته زمين چقدر دوام مي‌آورد؟

در حال حاضر، مدلهاي علمي بسياري مي‌توانند تخمين بزنند که چه مقدار سوخت درون هسته زمين باقي مانده است. گرچه نتايج به دست آمده از مدل‌هاي مختلف به مقدار زيادي با هم متفاوت است و نتيجه‌گيري نهايي را به شدت سخت مي‌کند؛ اکنون مي‌دانيم که چه مقدار از گرماي زمين متعلق به زمان شکل‌گيري و چه مقدار انرژي راديواکتيويته است.

براي محاسبه مقدار سوخت باقيمانده درون زمين، دانشمندان از سنسورهاي پيشرفته‌اي استفاده مي‌کنند که کوچک‌ترين ذرات زيراتمي به نام ژئونوترينوها را شناسايي ميکند. ژئونوترينوها ذراتي هستند که محصول جانبي واکنش هسته‌اي درون ستاره‌ها، ابرنواخترها، سياهچاله‌ها و رآکتورهاي هسته‌اي هستند.

شناسايي مقدار سوخت باقي مانده

شناسايي آنتي نوترينوها کار بسيار سخت و پيچيدهاي است. آشکارسازهاي عظيمي به اندازه يک ساختمان کوچک، تا عمق يک کيلومتري درون زمين نصب مي‌شوند. اين عمق به نظر بسيار زياد مي‌آيد؛ اما لازم است که لايه محافظتي در برابر امواج کيهاني ساخته شود تا در نتيجه محاسبات خطا ايجاد نکند.

در اين روش، آشکارساز آنتي نوترينوهايي را که به اتم‌هاي هيدروژن درون دستگاه برخورد مي‌کنند را شناسايي مي‌کند و بعد از اين برخورد، دو نور لحظه‌اي توليد مي‌شود که اين اتفاق را ثبت مي‌کند.

دانشمندان با محاسبه تعداد اين برخوردها، مقدار اورانيوم و توريوم درون سياره را تخمين مي‌زنند. متاسفانه آشکارسازهاي ژاپن و ايتاليا فقط ۱۶ برخورد در سال را تشخيص دادند که اين روند محاسبات را بسيار آرام مي‌کند. البته پيش‌بيني مي‌شود با آشکارسازهايي که در سال گذشته در کانادا و چين نصب شده‌اند، تعداد اين برخوردها را تا پانصد برخورد در سال افزايش يابد.

آشکارساز «جينپينگ» چين، چهار برابر بزرگتر از تمام آشکارسازهاي ساخته شده است. با اين حال، آشکارساز «جونو» کانادا که در سال بعد شروع به کار خواهد کرد، بيست برابر بزرگتر از همه آشکارسازها خواهد بود. دانشمندان با وجود جونو اطلاعاتي را جمع آوري مي‌کنند که مي‌توانند عمر هسته زمين را تخمين بزنند.

تا به امروز، تمام محاسباتي که انجام شده است پيش‌بيني ميکند که تا صدها ميليون سال يا حتي ميلياردها سال ديگر هسته زمين به فعاليت خود ادامه خواهد داد.