على عمق آلاف الكيلومترات تحت سطح الأرض يوجد اللب الخارجي للأرض، ويتألف من النيكل والحديد السائلَين بفعل الحرارة والضغط العاليين. تحت هذا اللب، يقع اللب الداخلي، ذو الشكل الكروي، دائم الدوران.
حديثًا، قام فريق من الفيزيائيين بقيادة سيباستيان ميركل من جامعة ليل الفرنسية بمحاكاة اللب الخارجي الأرضي، في محاولة لفهم تغير شكل الحديد في تلك الطبقة.
لهذه التجربة إيجابيات عدة، إذ ستساعد على فهم كوكبنا على نحو أفضل، إضافةً إلى التعرف على خصائص تصادم المواد المؤلفة من الحديد في الفضاء.
وعلقت الباحثة الفيزيائية أريانا غليسون -الباحثة في مركز (SLAC ) الوطني في وزارة الطاقة الأمريكية- قائلة: «لم نتمكن من تحقيق محاكاة اللب الداخلي، ولكن تمكنا من القيام بذلك للب الخارجي، وهذا إنجاز بحد ذاته».
في الأحوال الطبيعية، تكون البنية البلورية الخاصة بالحديد على شكل نظام بلوري مكعب. في هذا النظام البلوري، تكون الذرات مرتبة في شبكة، إذ توجد ذرة واحدة في وسط كل مكعب، وذرة واحدة أيضًا في زاوية كل مكعب.
عند تعرض الحديد لضغط عالٍ يتغير النظام البلوري إلى شكل سداسي الأضلاع، ما يسمح لمزيد من الذرات بالوجود في الحيز نفسه.
ورغم أن محاكاة الظروف الموجودة في اللب الداخلي للأرض كالحرارة والضغط كان تحديًا صعبًا، فإن تكنولوجيا الليزر الحالية المُطورة سمحت بتعريض مواد معينة لضغط يقارب ذلك الموجود في نجم القزم الأبيض .(white dwarf star)
قام الفريق بتعريض عينة من الحديد لليزر، ما أدى إلى إنتاج كمية كبيرة من الحرارة والضغط.
يتراوح الضغط الموجود في اللب الداخلي للأرض بين (135 – 330) غيغا باسكال، أما الحرارة فتتراوح بين 3727 و4727 درجة مئوية. وقد وصلت الحرارة في التجربة إلى ما يقارب 3797 درجة مئوية، أما الضغط فقد وصل إلى 187 غيغا باسكال.
التحدي الآخر الذي واجهه الفريق كان قياس البنية الذرية الخاصة بالحديد عند تعرضه لهذا الظروف. وللقيام بذلك، استعمل الفريق ليزر الإلكترونات الحرة ذا الأشعة السينية (xray free electrons laser)، الذي أحاط بالعينة بينما كان الليزر الآخر يعمل على زيادة الحرارة والضغط.
وقالت غليسون إن الفريق تمكن من قياس البنية الذرية خلال الجزء من مليار من الثانية، وأضافت: «إن تجميد الذرة خلال تلك اللحظة كان شعورًا لا يوصف».
وتظهر الصور بعض الخصائص لعملية توأمة الأنظمة البلورية، إذ تشترك بلورتان في عدد من النقاط؛ فبالنسبة للحديد الموجود في اللب الخارجي للأرض، فإن عملية التوأمة تسمح له بتحمل الضغط والحرارة الهائلين.
تقول غليسون متحدثة عن عملية توأمة البلورة: «إن لهذه العملية تأثيرًا في المادة، إذ تسمح للحديد مثلًا بتحمل درجات عالية من الحرارة الضغط».
ومع تعرفنا بعمق على خصائص الحديد وكيفية تغيره وتبدله تحت هذه الظروف القاسية، يمكننا استعمال هذه البيانات للقيام بمحاكاة أعمق وأفضل للدخول في صلب هذه العملية، وبناءً عليه، يمكننا فهم التصادمات التي تحدث في الفضاء على نحو أفضل.
من البديهي أن لب الأرض موجود تحت هذا الغلاف من الصخور والطبقات الضخمة، ولكن في الفضاء هنالك العديد من الكويكبات التي تتألف من معادن مختلفة، ويُعتقد أنها كانت كواكب في مرحلة التكوين.
هذه الأجرام تتصادم بغيرها، وبفضل هذه الدراسة بتنا اليوم نفهم هذه التصادمات بصورة أفضل.
واختتمت غليسون حديثها قائلة: «نحن ننظر إلى المستقبل المشرق في العلم، إذ بتنا اليوم نستطيع التمييز بين العديد من النظريات التي تحاول تفسير تحول المادة تحت هذه الظروف الشديدة والصعبة واختيار الأفضل بينها».
اقرأ أيضًا:
العلم الحديث يشرح اللب الداخلي الغامض للكرة الأرضية
رحلة نحو لب الأرض – مم يتكون اللب ؟
ترجمة: محمد علي مسلماني
تدقيق: إيناس خير الدين
مراجعة: حسين جرود
