موجات زلزالية تكشف عن تغيرات تحدث في اللب الخارجي للأرض
تأتي معظم معرفتنا حول ما يكمن في مركز كوكبنا من دراسة الموجات الزلزالية التي تنطلق من الزلازل.
ويمكن أن يكشف التحليل الدقيق لهذه الموجات عن تكوين الصخور والمعادن تحت سطح الأرض.
وكشفت دراسة جديدة للموجات الزلزالية المنتشرة من زلزالين مختلفين، في مواقع متشابهة ولكن بفارق 20 عاما، عن التغييرات التي تحدث في اللب الخارجي للأرض، الطبقة المكونة من الحديد السائل والنيكل بين الوشاح (الصخر تحت السطح) واللب الداخلي (الطبقة الأعمق).
ويؤثر اللب الخارجي والحديد الموجود بداخله بشكل مباشر على المجال المغناطيسي لكوكبنا، والذي بدوره يوفر الحماية من الفضاء والإشعاع الشمسي الذي من شأنه أن يجعل الحياة على الأرض مستحيلة.
وهذا يجعل فهم اللب الخارجي وتطوره بمرور الوقت أمرا حيويا. وأظهرت البيانات المسجلة من أربعة أجهزة مراقبة للموجات الزلزالية عبر الزلزالين أن الموجات من الحدث الأخير كانت تنتقل أسرع بنحو ثانية واحدة عند المرور عبر نفس المنطقة من القلب الخارجي.
ويقول عالم الجيولوجيا يينغ تشو من الجامعة والمعهد التقني لولاية فيرجينيا: "لقد تغير شيء ما على طول مسار تلك الموجة، لذا يمكنها أن تسير بشكل أسرع الآن. والمواد التي كانت موجودة قبل 20 عاما لم تعد موجودة. كانت هناك مادة جديدة وهي أخف وزنا. وستتحرك هذه العناصر الضوئية لأعلى وتغير الكثافة في المنطقة التي توجد بها".
وأنواع الموجات التي تم تحليلها هنا هي موجات SKS: تمر عبر الوشاح كموجات قص (S)، ثم إلى اللب الخارجي كموجات انضغاطية (K)، ثم تخرج من الجانب الآخر وتعود من خلال الوشاح مرة أخرى مع مزيد من موجات القص (الثانية S).
وبالنسبة للزلزالين، كان كلاهما بالقرب من جزر كرماديك في جنوب المحيط الهادئ، الأول في مايو 1997، والثاني في سبتمبر 2018، ما منح الباحثين فرصة فريدة لمعرفة كيف تغير لب الأرض بمرور الوقت.
إن الحمل الحراري الذي يحدث في الحديد السائل في اللب الخارجي للأرض أثناء تبلوره في اللب الداخلي يخلق تيارات كهربائية متدفقة، وهو ما يتحكم في المجال المغناطيسي من حولنا. ومع ذلك، فإن العلاقة بين اللب الخارجي والمجال المغناطيسي للأرض ليست مفهومة تماما، فالكثير منها يعتمد على النمذجة الافتراضية.
ويقول تشو: "إذا نظرت إلى القطب المغناطيسي الأرضي الشمالي، فهو يتحرك حاليا بسرعة نحو 50 كيلومترا (31 ميلا) في السنة. إنها تتحرك بعيدا عن كندا باتجاه سيبيريا. المجال المغناطيسي ليس هو نفسه كل يوم. إنه يتغير".
وتابع: "نظرا لأنه يتغير، فإننا نتوقع أيضا أن الحمل الحراري في اللب الخارجي يتغير بمرور الوقت، ولكن لا يوجد دليل مباشر. لم نر ذلك من قبل".
ويمكن أن توفر هذه الدراسة الجديدة، والدراسات المستقبلية المحتملة مثلها، رؤى مفيدة حول كيفية تغير اللب الخارجي والحمل الحراري بالضبط. في حين أن التغييرات المذكورة هنا ليست ضخمة، كلما عرفنا أكثر، كان ذلك أفضل.
وفي هذه الحالة، يقترح تشو أن العناصر الأخف مثل الهيدروجين والكربون والأكسجين قد تم إطلاقها في اللب الخارجي منذ عام 1997. وهو يتوافق مع انخفاض الكثافة بنحو 2 إلى 3% وسرعة تدفق الحمل الحراري بنحو 40 كيلومترا (25 ميلا) في الساعة، حسب الورقة المنشورة.
ويوجد حاليا 152 محطة عالمية لشبكة رصد الزلازل حول العالم، تراقب الموجات الزلزالية في الوقت الفعلي.
وبينما لا يمكننا التحكم في موقع أو توقيت الزلازل، يمكننا التأكد من تسجيل أكبر قدر ممكن من البيانات عنها.
ويوضح تشو: "نحن قادرون على رؤيته الآن. إذا كنا قادرين على رؤيته من الموجات الزلزالية، في المستقبل، يمكننا إنشاء محطات رصد الزلازل ومراقبة هذا التدفق".
ونُشرت الدراسة مفصلة في مجلة Nature Communications Earth & Environment.
المصدر: ساينس ألرت
