ترکیب و ساختار زمین چگونه است؟

گرچه پیشرفت‌های فناوری بشر را به ماه رسانده است، هنوز به مرکز سیاره خود نرسیده‌ایم و از عمق ۷.۶ مایلی (۱۲.۲ کیلومتری) چاه ابرژرف کولا که در سال ۱۹۶۵ اتحاد جماهیر شوروی حفر شد، پا فراتر نگذاشته‌ایم.

وقتی فاصله کامل تا مرکز زمین را در نظر بگیرید که در عمق ۳۷۲۸ مایلی (۶۰۰۰ کیلومتر) از سطح زمین است، رقم یادشده ناچیز به نظر می‌رسد.

سیاره ما در اساس از سه لایه تشکیل شده است: هسته (که شامل بخش‌های درونی و بیرونی است)، گوشته و پوسته.

هسته کروی درونی سیاره ما، که تقریبا هم‌اندازه ماه است، بیشتر از آهن تشکیل شده است و در دمای به‌شدت بالایی حدود ۵۲۰۰ درجه سانتیگراد در غلیان است، که بسیار بالاتر از نقطه جوش فلز است. علت حفظ شکل جامد این بخش فشار شدیدی است از لایه بیرونی وارد می‌شود که آن را دربرمی‌گیرد.

دور آن‌ گوشته می‌پیچید که حدود ۱۸۰۰ مایل (۲۹۰۰ کیلومتر) ضخامت دارد و ۸۴ درصد از حجم کل سیاره زمین را تشکیل می‌دهد. گوشته از هسته خنک‌تر است و دمایی برابر با ۳۷۰۰ درجه سانتیگراد دارد و در ترکیب تقریبا جامدش حاوی اکسیژن و سیلیکون و همچنین مقادیر اندکی آهن، آلومینیم، کلسیم، سدیم و پتاسیم است.

هسته بیرونی، که از آهن و نیکل مذاب متلاطم تشکیل شده، نیز به‌شدت داغ است، و دمای آن بین ۴۵۰۰ تا ۵۵۰۰ درجه سانتیگراد است. لبه هسته بیرونی در فاصله ۱۸۰۰ مایلی  (۲۹۰۰ کیلومتری) از سطح زمین قرار دارد.

بیرونی‌ترین لایه یا همان پوسته زمین‌ـ که حیات در آن جریان دارد‌ـ فقط حدود ۲۵ مایل (۴۰ کیلومتر) عمق دارد و تنها یک درصد از جرم زمین را تشکیل می‌دهد. این لایه از سنگ‌ها و مواد معدنی تشکیل شده که صفحات زمین‌ساز (tectonic plates) سطح زمین را شکل می‌دهد. حرکت آهسته و مداوم این صفحات است که کوه‌ها و ستیغ‌ها را تشکیل می‌دهد و باعث می‌شود آتشفشان‌ها فوران کنند یا زلزله‌ها جهان را به لرزه اندازند. 

باور قدیمی درباره آنچه در مرکز سیاره ما نهفته چه بود؟

معمای آنچه ممکن است در قلب سیاره ما نهفته باشد قرن‌هاست انسان را مسحور کرده است‌ــ قدمت باور به جهانی زیرین به یونان باستان و تصور جهنم آکنده از گوگرد به ادیان یهودی-مسیحی می‌رسد‌ــ اما مشهورترین و تخیلی‌ترین کاوش این موضوع به نویسنده فرانسوی داستان‌‌های علمی‌تخیلی، ژول ورن، و رمان «سفر به مرکز زمین»  در سال ۱۸۶۴ بازمی‌گردد.

در این داستان، ژول ورن دانشمندی آلمانی به نام پروفسور اتو لیدنبروک را به تصویر می‌کشد که همراه برادرزاده‌اش اکسل و راهنمای ایسلندی‌شان، هانس، از آتشفشان اسنوفولگلیسیا راهی اعماق زمین می‌شوند و با دنیایی زیرزمینی مملو از دخمه‌ها، زندگی گیاهی فسیل‌شده، قارچ‌های زنده و اقیانوس‌های عمیق پر از هیولاهای دریایی ماقبل تاریخ روبه‌رو می‌شوند.

از دیگر نویسندگانی که در آثارشان به موضوع «زمین درون‌تهی» اشاره کرده‌اند در کارهای خود اشاره کرده‌اند عبارت‌اند از لودویگ هولبرگ، جیاکومو کازانوا، ادگار آلن پو، ژرژ ساند، دبلیو اچ هادسن، جان یوری لوید، ویلیس جورج امرسون، ادگار رایس باروز و ولادیمیر ابروچف.

این عقیده خاص را می‌توان خیلی قبل‌تر در آثار ادموند هالی، ستاره‌شناس قرن هفدهم، یافت که بعدها در سال ۱۸۱۸، جان کلیوز جونیور اندیشه‌های او را احیا کرد و بسط داد.

به گزارش دیلی‌میل، این عقیده‌ــ که بعدها علم آن را به‌کلی رد کرد‌ــ اساس این نظریه توطئه عجیب شد که نژادی برتر از موجودات فرازمینی و «نازی‌های نامیرای فراری از جنگ جهانی دوم و گروه‌هایی از وایکینگ‌های گم‌شده» در مرکز زمین زندگی می‌کنند.

این روزنامه توضیح می‌دهد کسانی که خود را «باورمندان به زمین درون‌تهی» (Hollow Earthers) معرفی می‌کنند، معتقدند «در واقع، زمین بهشتی در هسته خود دارد که شبیه باغ عدن است» و پیروانش حتی در سال ۲۰۰۷ به رهبری رادنی کلاف، نویسنده، سعی کردند سفری اکتشافی به قطب شمال تدارک ببینند تا دریچه ورودی بیابند ولی این سفر در نهایت لغو شد.

چرا اکنون این سوال را می‌پرسیم؟

دانشمندان دانشگاه کمبریج و دانشگاه فنی نانیانگ سنگاپور کشف کرده‌اند  که برخورد صفحات زمین‌ساز، که سطح زمین را تشکیل می‌دهد، در رسوب و تخلیه کربن در هسته زمین نقش دارند.

یافته‌های این پژوهش، که در نشریه دانشگاهی علوم طبیعی (Nature Communications) منتشر شد، حاکی از آن است کربنی که به لایه درونی به‌شدت داغ زمین می‌رسد به‌جای اینکه به شکل فوران‌های آتشفشانی دوباره به سطح زمین برگردد، در عمق محبوس می‌ماند.

این امر می‌تواند نتایجی محسوس در درک ما از موقعیت اضطراری اقلیمی و تاثیر گازهای گلخانه‌ای بر جو زمین داشته باشد.

با مطالعه نحوه کنش و واکنش کربن در «عمق زمین»، دانشمندان می‌توانند به شناخت بهتری از چرخه کامل حیات کربن در سیاره ما و چگونگی جریان آن میان جو، اقیانوس و حیات بر سطح زمین برسند.

در حال حاضر، دقیق‌ترین پژوهش‌های انجام‌شده بر روی چرخه کربن در سیاره ما درباره فرایندهایی است که در سطح یا نزدیک سطح زمین صورت می‌‌گیرند. اما به گفته دانشمندان، ذخایر عمیق کربنی نیز با تنظیم میزان دی‌اکسید کربن جو، در حفظ سکونت‌پذیری سیاره ما نقشی کلیدی دارند.

کربن از راه‌های متفاوتی در قالب دی‌اکسید کربن در جو زمین منتشر می‌شود ولی فقط به یک طریق می‌تواند به لایه درونی زمین بازگردد: از طریق روند آهسته فرورانش صفحات زمین‌ساز.

وقتی چنین اتفاقی می‌افتد، کربن سطح زمین، به‌عنوان مثال به شکل صدف‌های دریایی و ریزاندامگانی که دی‌اکسید کربن جو را در پوسته‌شان حفظ کرده‌اند، در گوشته زمین بلعیده می‌شوند.

دانشمندان تصور می‌کردند بیشتر این کربن از طریق فوران‌های آتشفشانی در قالب دی‌اکسید کربن به جو زمین بازمی‌گردد. اما پژوهش جدید نشان می‌دهد که فعل و انفعال‌های شیمیایی سنگ‌هایی که در مناطق فرورانش بلعیده می‌شوند کربن را حبس می‌کنند و به اعماق زمین می‌فرستند و بنابراین، مانع جذب مجدد آن به سطح زمین می‌شوند.