“الكربون” قد يكون العنصر الحاسم وراء تجمد اللب الداخلي للأرض

ولأن أيا من هذين الأمرين لم يحدث عبر تاريخ الأرض الممتد لمليارات السنين، فقد اتضح للعلماء أن فرضية الحديد النقي غير كافية لتفسير ما نراه، وأن هناك عناصر أخرى مختلطة بالحديد لا بد أنها لعبت دوراً أساسياً في جعل عملية التجمّد ممكنة وبالشكل الذي يتوافق مع الملاحظات الجيوفيزيائية الحالية.

ولفك شفرة هذا اللغز الذي حير العلماء لعقود، لم يكن أمام الباحثين سوى الاعتماد على تقنيات المحاكاة الحاسوبية فائقة الدقة، إذ لا يمكن الوصول إلى أعماق الأرض مباشرة.

عناصر أرضية

واستخدم الفريق نماذج ذرية شملت نحو 100 ألف ذرة، جرى إخضاعها لظروف تماثل الضغط والحرارة الرهيبة داخل اللب، لتتبع كيفية بدء عملية التجمّد، وتكوّن البذور البلورية الأولى، وركزت الدراسة على أربعة عناصر بعينها هي السيليكون، والكبريت، والأكسجين، والكربون. 

ولم يأت اختيار هذه العناصر من فراغ؛ فهي تعد الأكثر احتمالاً للذوبان في الحديد المنصهر أثناء المراحل الأولى من تكوين الأرض، إذ إنها موجودة بوفرة في الوشاح العلوي، ويمكن أن تكون قد انتقلت تدريجياً إلى اللب بفعل العمليات الجيولوجية العنيفة التي صاحبت نشأة الكوكب.

كما أن هذه العناصر معروفة بقدرتها على تغيير الكثافة والخصائص الفيزيائية للحديد، وهو ما قد يفسر سبب كون اللب أقل كثافة من الحديد النقي وفق ما تكشفه القياسات الزلزالية؛ لذلك كان اختبارها ضروريا لفهم كيف أثرت في مسار تجمد اللب الداخلي، وما إذا كان وجودها قد جعل عملية التبلور ممكنة بالوتيرة التي نراها اليوم.

وافترضت التوقعات العلمية السابقة أن العناصر الخفيفة مثل السيليكون والكبريت قد تساعد على خفض درجة انصهار الحديد، وتجعل عملية التجمد أسهل، باعتبارها تخلخل البنية البلورية، وتفتح المجال أمام تشكل اللب الداخلي بسرعة أكبر، لكن المحاكاة الذرية كشفت العكس تماماً.

ووجود هذين العنصرين جعل الذرات أكثر اضطراباً، وأبطأ تكوّن البذور البلورية، ما يعني أن اللب يحتاج إلى تبريد فائق أكبر ليتجمد، وهو أمر يتعارض مع ما حدث فعلياً في تاريخ الأرض.

وفي المقابل، برز الكربون كعنصر حاسم، إذ ساعد على استقرار البنية البلورية للحديد المعرض لضغوط وحرارة هائلة، فسهل بداية عملية التبلور وخفض مقدار التبريد الفائق المطلوب، وهو ما ينسجم مع حجم اللب الداخلي الحالي ومع استمرار المجال المغناطيسي عبر مليارات السنين.

دور الكربون

ويقول المؤلف المشارك في الدراسة “أندرو ووكر” الباحث في جامعة أكسفورد البريطانية إن وجود عناصر خفيفة مثل الكربون يفسر أيضاً سبب انخفاض كثافة اللب مقارنة بالحديد النقي، وهو ما تؤكده قياسات الزلازل.

وحاول الباحثون تحديد الكمية المثالية من الكربون التي تجعل تجمد اللب الداخلي ممكنا بالوتيرة التي تتوافق مع تاريخ الأرض المعروف. 

وفي البداية، وضع الباحثون سيناريو متحفظاً باعتبار أن الكربون يشكل 2.4% من كتلة اللب، غير أن الحسابات أظهرت أن هذه النسبة لا تكفي، لأن الحديد المنصهر يحتاج في هذه الحالة إلى تبريد فائق يعادل 420 درجة مئوية تحت درجة انصهاره كي يبدأ في التبلور؛ وهو رقم مرتفع للغاية، ولا يتماشى مع الظروف التي يعتقد أن الأرض مرت بها.

وعندما رفع الباحثون نسبة الكربون في المحاكاة إلى 3.8% فقط، حدث الفرق الكبير؛ إذ انخفض مقدار التبريد الفائق المطلوب إلى 266 درجة مئوية، وهو رقم أكثر واقعية، ويتماشى مع التقديرات الجيولوجية التي تفترض أن اللب لم يبرد في الماضي أكثر من 250 درجة مئوية تحت نقطة الانصهار. 

ويقول الباحثون إن هذا التطابق القوي بين النموذج والواقع أشار إلى أن الكربون ليس مجرد مكون ثانوي، بل هو عنصر أساسي ووفير في أعماق الأرض؛ كما يؤكدون أن وجود هذه النسبة من الكربون لم تسهل فقط عملية التجمد، بل كانت عاملاً حاسماً في تكون اللب الداخلي ذاته، وبالتالي في نشوء واستمرار المجال المغناطيسي للأرض. 

ومن دون هذا العنصر، قد لا يتجمد اللب الداخلي أصلاً؛ وبالتالي فإن المجال المغناطيسي– الذي يحمي الغلاف الجوي والكائنات الحية من الرياح الشمسية والإشعاعات– سيكون في خطر الانهيار منذ زمن بعيد، ويقول الباحثون إن عملية تجمد اللب الداخلي للأرض بدأت في أعماق الكوكب.