يمكن أن يضم قلب الأرض خزانًا من الهيدروجين يعادل 45 محيطًا، وفقًا للدراسة

يعد اكتشاف علمي جديد بإعادة تشكيل فهم التركيب الداخلي لكوكبنا وأصل العناصر المتطايرة الضرورية للحياة بشكل كامل. حدد الباحثون أن نواة الأرض قد تحتوي على خزانات هائلة من الهيدروجين، يقدر حجمها بما يتراوح بين 9 إلى 45 ضعف كمية المياه الموجودة في جميع المحيطات على سطح الأرض مجتمعة. تم الحصول على الاستنتاجات من تجارب متقدمة تحاكي ظروف الضغط ودرجة الحرارة القصوى الموجودة في وسط الكرة الأرضية.

وتشير البيانات إلى أن هذا الهيدروجين ليس على شكل ماء سائل، بل هو مذاب في السبائك المعدنية التي تشكل النواة. وتشير التقديرات إلى أن هذا العنصر يمثل ما بين 0.07% إلى 0.36% من إجمالي كتلة المنطقة الوسطى من الكوكب. هذا التركيز، على الرغم من أنه يبدو صغيرًا من حيث النسبة المئوية، يُترجم إلى كمية هائلة من المادة على نطاق كوكبي، مما يشير إلى أن باطن الأرض أكثر ثراءً بالعناصر الضوئية مما اقترحته النماذج الجيولوجية السابقة.

وتؤكد الدراسة نظرية مهمة حول تكوين الكواكب التي حدثت منذ حوالي 4.5 مليار سنة. تشير الأدلة إلى أن الماء والهيدروجين قد تم دمجهما في الكوكب خلال المراحل الأولى من تكوينه، بينما كانت الأرض لا تزال تتراكم الكتلة وتميز طبقاتها. وهذا يتناقض مع الفرضية القائلة بأن معظم المياه قد وصلت في وقت لاحق، بسبب اصطدام المذنبات والكويكبات خلال الفترة المعروفة باسم القصف المتأخر.

محاكاة الظروف القاسية في المختبر

ولتحقيق هذه النتائج، استخدم فريق العلماء غرف الضغط العالي لإعادة خلق البيئة المعادية لنواة الأرض. في عمليات المحاكاة هذه، تم تحليل سلوك الهيدروجين والسيليكون عند تعرضهما لضغطات هائلة، مماثلة لتلك التي تحدث على عمق آلاف الكيلومترات. وكان الهدف هو ملاحظة كيفية تفاعل هذه العناصر مع الحديد، المكون الرئيسي للنواة.

وكشفت الاختبارات أنه في ظل هذه الظروف المحددة، يميل الهيدروجين إلى الذوبان بسهولة في الحديد الزهر ويظل “محصوراً” في البنية المعدنية الناتجة. تخلق عملية الذوبان هذه مركبات مستقرة تحبس العنصر في أعماقه، وتمنعه ​​من الهروب إلى الوشاح أو القشرة. أتاحت هذه المنهجية حساب سعة تخزين النواة دون الحاجة إلى جمع عينات مادية مباشرة، وهو أمر مستحيل في ظل التكنولوجيا الحالية.

استخدم البحث منهجًا مقارنًا للتحقق من صحة البيانات، ووضع سيناريوهات التشبع المختلفة:

– السيناريو المحافظ يتوقع كمية من الهيدروجين تعادل تسعة محيطات عالمية.

– يشير سيناريو التشبع الأقصى إلى حجم يعادل 45 محيطًا.

Leia Tambem

اختبار البطارية الجديد يضع هاتف Galaxy S26 Ultra في المقدمة على iPhone 17 Pro Max في التصنيف العالمي

تكشف الأبحاث أن الآباء لا يدركون كيفية استخدام أطفالهم للذكاء الاصطناعي

خصم كبير على هاتف Galaxy S25 Plus يخفض قيمته إلى أقل من 4500 ريال في المتجر الإلكتروني

– يعتمد الاختلاف بشكل مباشر على نسبة العناصر الخفيفة الأخرى، مثل السيليكون، الموجودة في الخليط المعدني.

– تتزامن الكثافة النهائية التي لوحظت في عمليات المحاكاة مع القراءات الزلزالية الحالية لنواة الأرض.

التأثير على التطور الجيولوجي والمغناطيسي

إن الوجود الهائل للهيدروجين في القلب له عواقب مباشرة على الديناميكيات الداخلية للكوكب وعلى توليد المجال المغناطيسي للأرض. ويتحرك اللب الخارجي المكون من معادن في الحالة السائلة مولدا تيارات كهربائية تشكل بدورها الدرع المغناطيسي الذي يحمي الأرض من الإشعاع الشمسي. يؤدي إدخال العناصر الخفيفة مثل الهيدروجين إلى تغيير كثافة ولزوجة هذا السائل، مما يؤثر على كفاءة واستقرار هذا الدينامو الجيولوجي الطبيعي.

علاوة على ذلك، فإن حركات الحمل الحراري في وشاح الأرض، المسؤولة عن تكتونية الصفائح والبراكين، تتلقى مدخلات حرارية وكيميائية من القلب. تتأثر الديناميكا الحرارية للداخل العميق بوجود الهيدروجين، مما يسهل إطلاق الحرارة المهدرة ويبقي النواة نشطة لفترة أطول مما لو كانت مكونة من الحديد النقي والنيكل وحدهما. وتعزز هذه الديناميكية وجهة النظر القائلة بأن دورة الماء والمواد المتطايرة على الأرض هي نظام متكامل يربط السطح بالطبقات الأعمق.

أشارت الملاحظات الزلزالية منذ فترة طويلة بالفعل إلى أن نواة الأرض كانت أقل كثافة بقليل مما ينبغي أن تكون عليه كرة الحديد النقي. هذه الظاهرة، التي تسمى “عجز الكثافة”، أثارت اهتمام الجيوفيزيائيين. إن التأكد من أن الهيدروجين يعمل كعنصر رئيسي في صناعة السبائك يوفر حلاً أنيقًا لهذا اللغز، مما يسد الثغرات في نماذج الكثافة المقبولة حاليًا.

الاختلافات بين الخزانات السطحية والعميقة

ومن الضروري التمييز بين طبيعة الهيدروجين الموجود على السطح والهيدروجين المخزن في القلب. وفي المحيطات، يرتبط الهيدروجين بجزيئات الماء، فيشكل الأكسجين (H2O) في الحالة السائلة. ويوجد في القلب في حالة معدنية أو منحل في المعادن تحت ضغوط تتجاوز ملايين الأجواء. إنه ليس محيطًا تحت الأرض صالحًا للملاحة، ولكنه احتياطي ذري مدمج في المصفوفة الصخرية والمعدنية.

ويقارن العلماء هذا الاكتشاف بخزانات أخرى معروفة في الوشاح، حيث تتمتع المعادن مثل الرينجووديت بالقدرة على الاحتفاظ بالمياه في بنيتها البلورية. ومع ذلك، فإن الحجم المحتمل للنواة يتجاوز بكثير احتياطيات الوشاح، مما يعزز المنطقة الوسطى كأكبر مستودع للهيدروجين على الكوكب. وستسعى الدراسات المستقبلية إلى تحسين هذه التقديرات باستخدام تقنيات الزلازل الجديدة لرسم خريطة شذوذ الكثافة بشكل أكثر دقة.

إن التحقق من صحة نموذج “الأرض الرطبة” منذ تكوينه يغير وجهة النظر حول صلاحية الكواكب للسكن. إذا كان الماء أحد المكونات التي تتكامل مع النواة أثناء تكوين الكواكب الصخرية، فمن الممكن أن تمتلك الكواكب الخارجية في الأنظمة الشمسية الأخرى أيضًا احتياطيات داخلية هائلة من الهيدروجين، والتي يمكن أن تؤثر على أغلفتها الجوية وإمكانية الحفاظ على الحياة على مدى مليارات السنين الجيولوجية.