فوران آتشفشان در ایسلند؛ چرا هسته زمین بعد از میلیاردها سال سرد نمیبشود؟
برای جواب به این سوال نخست باید او گفت که زمین ما ساختاری همانند به پیاز دارد که در آن لایهها روی هم قرار گرفتهاند.
سطحی از زمین که روی آن راه میرویم پوسته نام دارد، سپس از این لایه که عمقاش تا ۳۰ کیلومتر میرسد گوشته قرار گرفته که عمدتا از سنگ جامد راه اندازی شده است. اگر باز هم پاینتر برویم به هسته بیرونی میرسیم که در آن آهن مایع وجود دارد و در نهایت در پایینترین سطح هسته درونی وجود دارد که از آهن جامد راه اندازی شده است.
هر چه به عمق برویم، درجه حرارت بالاتر میرود تا جایی که قسمتهایی از هسته دمایی به اندازه دمای سطح خورشید اشکار میکنند.
در حالی که دما در عمق ۱۰۰ کیلومتری نزدیک به ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد است، وقتی که به مرز بین گوشته و هسته بیرونی میرسیم دما به ۲۷۰۰ درجه سانتیگراد میرسد. در مرز بین هستههای بیرونی و درونی، دما دو برابر میبشود و تا ۶ هزار درجه سانتیگراد بالا میرود که رقمی معادل دمای سطح خورشید است.
این دما اگر روی زمین می بود تقریباً همهچیز از فلزات و الماس گرفته تا خود انسانها را بخار میکرد، اما از آنجایی که هسته در اعماق سیاره و در سختی بالایی قرار دارد، علتمیبشود آهن خالصی که از آن راه اندازی شده جامد باقی بماند. در واقع نقطه ذوب آهن که در نزدیک به ۱۵۰۰ درجه است با افزایش سختی تحول میکند و این ماده در دمای بالاتر هم تبدیل به مایع نمیبشود.
این همه گرما از کجا میآید؟
هرچند خورشید ما و همه گیاهان و جانداران روی سطح زمین را گرم میکند، اما نور خورشید نمیتواند به داخل سیاره نفوذ کند و در نتیجه گرمای داخل زمین از خورشید سرچشمه نگرفته است. در عوض دو منبع دیگر برای گرمای داخلی زمین وجود دارد.
یکی گرمایی است که زمین در زمان شکلگیری در ۴.۵ میلیارد سال پیش به ارث برده است. زمین از فعل و انفعالات درون یک ابر گازی و در نتیجه برخوردها و ادغامهای بیپایانی بین میلیاردها تکه سنگ و سیارک در فرآیندی دهها میلیون ساله شکل گرفته است.
در طی این برخوردها مقدار بسیاری گرما تشکیل شد که اگرچه مقداری از آن گرما در فضا از بین رفت، بقیه آن اما در داخل زمین محبوس شد و حتی امروز نیز تعداد بسیاری از آن باقی مانده است.
منبع گرمای دیگر واپاشی ایزوتوپهای ناپایدار رادیواکتیو است که در هسته زمین پخش شدهاند. ایزوتوپ های رادیواکتیو جریان ثابتی از انرژی را آزاد می کنند که به گرما تبدیل میبشود. پتاسیم-۴۰، توریم-۲۳۲، اورانیوم-۲۳۵ و اورانیوم-۲۳۸ چهار ایزوتوپ رادیواکتیو می باشند که درون زمین را گرم نگه میدارند.
برخی از این نام ها امکان پذیر برای شما آشنا به نظر برسند، نظیر اورانیوم ۲۳۵ که به گفتن سوخت در نیروگاههای هستهای منفعت گیری میبشود. اما باید او گفت اگرچه این ایزوتوپ اورانیوم و همینطور برای مثال پتاسیم-۴۰ حاضر در زمین تا حد بسیاری از بین رفتهاند، با این حال زمین در خطر همه شدن منبع های گرما نیست و توریم-۲۳۲ و اورانیوم-۲۳۸ کافی برای میلیاردها سال دیگر وجود دارد.
در واقع نیمه عمر همه این مواد بیشتر از ۷۰۰ میلیون سال و برای مثال برای توریم ۱۴ میلیارد سال است، امری که علتمیبشود آنها به این زودی همه نشوند و زمین را در روبه رو سرد شدن کامل هسته محافظت کنند.
این ایزوتوپهای آزادکننده انرژی همراه با هسته داغ و گوشته، گرما را برای حرکت صفحات فراهم میکنند و حرکت این صفحهها است که در طول میلیونها و میلیاردها سال خشکیها و اقیانوسهای تازه را میسازد. بدون گرمای داخلی زمین، صفحات حرکت نمیکردند و زمین به نحوی سرد میشد که دنیای ما به گمان زیادً غیرقابل سکونت می بود.
علاوه بر این دو منبع مهم، عوامل فرد دیگر نیز میتوانند به گرم نگه داشتن هسته زمین پشتیبانی کنند. برای نمونه چرخش زمین، تشکیل نیروی گریز از مرکز را در پی دارد که این کار به نوبه خود علتگرم شدن هسته میبشود. اصطکاک ناشی از حرکت صفحات زمین نیز خود از عوامل دیگر تولیدکننده گرما است.
اما احتمالا این سوال نقل بشود که چرا گرما در هسته میماند و سریع به سطح زمین نمیرسد؟ علت نگه داری گرما در هسته این است که تنها فرآیندهای انتقال گرما در آنجا، انتقال همرفتی و رسانش گرمایی است که دومی به خصوص فرآیند نسبتاً کندی است.
هسته زمین در نتیجه این انتقال گرما سرد میبشود، اما محاسبات زمینشناسی مشخص می کند که هسته از ابتدای راه اندازی تا کنون تنها ۲۵۰ درجه سرد شده و با نرخ سرد شدن امروزی، چیزی در نزدیک به ۹۱ میلیارد سال دیگر طول میکد تا به صفر درجه برسد.