زمین شناسان تخمین می زنند که هسته زمین با حراراتی در حدود 5700 درجه سانتیگراد در حال گداخته شدن است، دمایی که آن را همتراز دمای سطح خورشید قرار می دهد؛ به این ترتیب هسته داخلی زمین در واقع یک گوی آهنی بسیار داغ است. اما این که چرا این گوی تبدیل به مایع نمی شود، هنوز یکی از معماهای زمین شناسان به شمار می آید. حال با مطالعه ای که محققان دانشگاه سلطنتی سوئد (KTH) انجام داده اند، تئوری جدیدی در این زمینه مطرح شده، این دانشمندان با استفاده از شبیه سازی های کامپیوتری نشان داده اند، چگونه آهن جامد از لحاظ اتمی امکان پایدار ماندن در چنین شرایط شدیدی را دارد.
بر روی سطح زمین، اتم های آهن به صورت مکعب یافت می شوند، ساختاری که از آن به عنوان مرحله مکعب متمرکز بر مرکز (BCC) نام می برند. اما از آنجایی که این حالت در دما و فشار اتاق ایجاد می شود، دانشمندان از مدت ها قبل بر این باور بوده اند که، آهن نمی تواند در چنین شرایطی (دما و فشار بسیار بالا) در مرکز زمین وجود داشته باشد. تحت این شرایط ساختار کریستالی به شکل شش ضلعی در می آید، حالتی که به نام مرحله شش ضلعی جمع شده (HCP) شناخته می شود.
محققان دانشگاه سلطنتی سوئد با استفاده ابرکامپیوتر Triolith، در این مطالعه حجم زیادی از داده ها را مورد بررسی قرار دادند. داده های به دست آمده نشان داد که به احتمال زیاد هسته زمین دارای 96 درصد آهن خالص (4 درصد باقی مانده از نیکل و دیگر عناصر سبک تشکیل شده) است. در ادامه این مطالعات گفته شده که آهن BCC می تواند در هسته زمین وجود داشته باشد. در واقع آهن با ساختار کریستالی و ویژگی هایی که پیش از این گمان می شد، بی ثبات باشند، به حالت جامد وجود دارد.
به گفته آناتولی بلونوشکو، یکی از محققان این تیم تحقیقاتی: “در شرایط موجود در هسته زمین، آهن در حالت BCC، هم آمیزی اتمی را مشاهده کرده ایم که پیش از این مشاهده نشده بود. به نظر می رسد داده های تجربی حالت BCC آهن را تایید می کردند اما ما معنای آن را نمی دانستیم.”
ساختار کریستالی در واقع می تواند سطح مسطحی از اتم ها باشد که به دو لایه تقسیم شده است. بنابراین، اتم های آهن BCC در دو سطح چهار اتمی مرتب شده اند و هشت ضلع مکعب را ساخته اند. این ساختارها در حالت عادی- با سطوح کشویی- نسبتا ناپایدار هستند، اما در دمای شدید، این لایه ها به شکلی با هم در هم آمیخته اند که میزان قابل اطمینانی تثبیت ساختاری را به وجود بیاورند.
این هم آمیزی (اتمی) به طور معمول با گداخته شدن ساختار کریستالی از بین می رود؛ اما در این مورد، آهن موفق شده ساختار BCC خود را حفظ کند. این محققان ساختارهای مورد نظر را به دسته ورق های بازی شبیه می دانند.
بلونوشکو می گوید: “حالت کشویی این سطوح تا حدی شبیه دسته ورق بازی است. حتی اگر کارت ها در موقعیت های مختلف قرار گرفته باشند، دسته ورق ها هنوز شکل دسته را حفظ خواهد کرد. به همین ترتیب، آهن BCC ساختار مکعبی خود را حفظ می کند.”
همچنین این تئوری جدید به توضیح یکی دیگر از معماهای زمین کمک کرده است، معما مورد نظر این است که، چرا امواج لرزه ای در هسته زمین در فواصل بین قطبی سریع تر از فواصل شرق به غرب حرکت می کنند؟ این پدیده با وجود نایکنواختی هسته زمین قابل توضیح است، بدین معنا که این ساختارها دارای ساختاری چند جهتی هستند، اگر این ساختارها از شمال به جنوب حرکت کنند، این تفاوت قابل انتظار است. در واقع مرحله پایدار آهن BCC می تواند چنین ساختاری را ایجاد کند.
بلونوشکو در این مورد توضیح می دهد: “ویژگی های منحصر به فرد مرحله BCC آهن، مانند هم آمیزی آهن جامد خالص در دمای بالا ممکن است عامل ایجاد چنین ساختارهای نایکنواختی در مقایس بزرگ باشد که می تواند توضیحی برای نایکنواختی هسته درونی زمین باشد.”
منبع: newatlas
