معمای درک تکامل زمین

کلید درک تکامل زمین نظر انداختن به چگونگی هدایت گرما در اعماق زیر جبه است. منطقه‌ای که حدود 660 تا 2900 کیلومتر زیر سطح زمین واقع شده است.

کد خبر: ۶۰۳۰۸۳

محققان انستیتو کارنگی به کمک متخصصان دانشگاه ایلی نویز برای اولین بار و به صورت تجربی موفق به شبیه‌سازی شرایط فشار در این مناطق شده‌اند تا به کمک تکنیک‌های جدید اندازه‌گیری که توسط همکارانشان توسعه یافته و توسط متخصصان کارنگی به کار گرفته شده بتوانند میزان هدایت حرارتی را روی مواد اکسید منیزیم جبه اندازه‌گیری کنند.

آنها دریافتند میزان انتقال حرارت پایین‌تر از پیش‌بینی‌های قبلی است و کل جریان گرمایی در سراسر زمین چیزی حدود 10.4 تراوات بوده که این میزان معادل 60 درصد انرژی است که امروزه در جهان توسط انسان‌ها استفاده می‌شود. محققان همچنین دریافتند که میزان وابستگی هدایت گرمایی به فشار کمتر از پیش‌بینی‌های قبلی است.

داگلاس دالتون، سرپرست این تحقیق می‌گوید: جبه تحتانی در بالای هسته زمین و جایی که فشار در آنجا بین 230 هزار بار تا 1.3 میلیون بار بیشتر از فشار در سطح دریاست، قرار دارد. دما در این منطقه بیشتر شبیه به دمای جهنم بوده و بین 1500 تا 3700 درجه سانتی‌گراد بالای صفر است و اجزای اصلی این بخش اکسیدهای منیزیم، سیلیکون و کلسیم هستند.

انتقال حرارت در بین مواد با رسانایی گرمایی بالا با نرخ بیشتری نسبت به موادی با هدایت گرمایی پایین انجام می‌شود. بنابراین، این اکسیدهای با رسانایی گرمایی پایین مانند عایق عمل می‌کنند. اتم‌های مواد اصلی جبه محلول‌های جامدی هستند که تحت آرایش نامنظمی قرار دارند.

این آرایش بر چگونگی هدایت گرما توسط آنها تاثیر می‌گذارد. تاکنون اثر این بی‌نظمی بر چگونگی هدایت گرما فقط با آزمایش در فشار پایین قابل تخمین زدن بود.

وابستگی به فشار روی رسانایی گرمایی درباره مواد بی‌نظم موضوعی است که پیش از این به آن پرداخته نشده بود. محققان نمونه‌هایی را بین دو نوک الماس در یک سلول سندان الماس قرار داده و میزان هدایت گرمایی نمونه‌ها را با تکنیکی به نام بازتاب حرارتی Time-domain اندازه‌گیری کردند. محققان در دمای اتاق تا 600 هزار برابر فشار اتمسفریک را به نمونه‌ها اعمال کردند. این تکنیک به محققان اجازه داد خواص حرارتی مواد را از روی تغییرات در بازتاب سطح مواد اندازه‌گیری کنند. در نتیجه مانند تکنیک‌های سنتی دیگر نیازی به تماس با مواد مورد بررسی نیست. سپس محققان نتایج را با مدل‌های تئوریک مقایسه کردند.

دانشمندان همچنین نشان دادند وابستگی رسانایی حرارتی به فشار کمتر از حدی است که پیش از این پیش‌بینی شده بود. محاسبات نشان می‌داد که در مرزهای بین جبه و هسته جریان گرمایی در سراسر زمین چیزی حدود 10.4 تراوات است.

محققان در گام بعدی می‌خواهند به بررسی اثر ترکیبات معدنی مختلف بر رسانایی گرمایی و درک بهتر جریان همرفتی در مقیاس اتمی در این مواد در چارچوبی گسترده‌تر از دینامیک جبه بپردازند.

گانچاروف، یکی از متخصصان در این تحقیق این طور نتیجه‌گیری کرده که این تکنیک واقعا می‌تواند باعث ارتقای کیفیت مطالعات انجام شده در فشار و دمای بالای اعماق زمین شده و زمینه درک بهتر چگونگی تکامل زمین و چگونگی عملکرد مواد تحت شرایط شدید و سخت زیر جبه را فراهم می‌کند.