تاریخچه شناسایی قسمت‌های ناشناختهٔ داخل کره زمین

اطلاع آدمی از قسمتهای سطحی زمین، به عـلت مـشاهدات مـستقیم یا تقریبا مستقیم، زیاد است، چون در سطح آن به کاوش پرداخته، از هوا آن را مساحی و نقشه‌برداری کرده و سـنگهایش را مورد تجزیه قرار داده است. ولی انجام این کارها دربارهٔ درون زمین، عملی نیست. عمیق‌ترین مـعادن بیش از ۳ کیلومتر پایین نـمی‌روند، چـاههای عمیق هم همینطور، درحالی‌که این مقدار برای سیاره‌ای مانند زمین، که میانگین شعاعش ۶۳۴۰ کیلومتر است، بسیار ناچیز محسوب می‌شود.

بنابراین، برای پی بردن به ساختمان درونی زمین، لازم است از راههای غیر مستقیم اسـتفاده شود. دانشمندان ژئوفیزیک یا زمین‌شناس اطلاعات خود را از راههای متعددی جمع‌آوری می‌کنند. در این راه از چرخش زمین و زلزله‌ها استفاده می‌کنند، مقدار جزر و مد را اندازه می‌گیرند و اختلافات میان نیروی جاذبه در قسمتهای مختلف سطح زمـین را مـدنظر قرار می‌دهند. همچنین، سعی دارند شرایطی را که تصور می‌کنند در داخل زمین وجود دارد، در آزمایشگاه پدید آورند.

ولی، از آنجا که تمامی اطلاعات یک دانشمند زمین‌شناس به‌طور غیر مستقیم حاصل می‌شوند، در حصول نتایج جـانب احـتیاط را نگه می‌دارد و بیشتر از اصطلاح «احتمالا» استفاده می‌کند. بااین‌حال، نباید فراموش کرد که مقدار زیادی «تصورات احتمالی» در بسیاری از تحقیقات مختلف علمی وجود دارد. حتی در مواردی هم که شواهد عینی وجود داشـته بـاشند، باز تا حدود زیادی قضاوتهای ما غیر مطمئن است. در واقع، در اغلب موارد، ابزارهایی که یک ژئوفیزیکدان به کار می‌برد، قابل اعتمادتر از چشم ما هستند.

پاره‌ای از نتیجه گیریها را می‌توان کـاملا پذیـرفت. مـثلا، احتمال وجود یک هستهٔ مـتراکم در قـسمت درونـی زمین، به اندازهٔ احتمال طلوع خورشید فردا صبح است. در بعضی از موارد هم، یافته‌های دانشمند زمین‌شناس نامطمئن است و زمانی که اطلاعات جـدیدی حـاصل مـی‌شوند، می‌توان آنها را اصلاح کرد.

مناطع مختلف درون زمین

خـود زمـین راههای اساسی گشودن رازهای درونیش را در اختیار ما قرار داده است. هر ساله، زلزله‌های زیادی در قسمتهای مختلف کرهٔ زمین صورت مـی‌گیرد و در هر یک از آنها هم مـقادیر انـرژی فراوانی آزاد می‌شود. این انرژی به صورت امواجی از مرکز یا منشاء خود به تمام قسمتهای زمین، حـتی عـمیق‌ترین مـناطق آن، پراکنده می‌شوند. وقتی که امواج مزبور به سطح زمین برسند، به وسـیلهٔ دسـتگاههایی بـه نام لرزه نگار ۱ ثبت می‌شوند. لرزه نگارها را درصدها مرکز، در قسمتهای مختلف سطح زمین قرار داده‌اند.

دسـتگاه لرزه نـگار را در مـبحث جداگانه‌ای تشریح خواهیم کرد. در آن مبحث گفته شده است که سوزن لرزه نگار حرکات زمین زیـر پایـ ما را روی کاغذی ثبت می‌کند که بنام لرزه نگاشت موسوم است. مثلا وقتی که زلزلهـ‌ای در بـخشی از زلنـدنو اتفاق می‌افتد، در حدود بیست دقیقه بعد می‌توان امواج حاصل از آن را در انگلستان روی دستگاه ثبت کرد.

در طـول قـرن حاضر لرزه‌شناسان جدول‌های دقیقی از زمان‌های لازم برای عبور امواج زلزله، در تمام قسمتهای زمین تهیه کـرده‌اند. جـدول جـفریز-بولن ۲ امروز در همه‌جا (به صورت بین المللی) مورد استفاده است. این جدول به وسیلهٔ سـرهنری جـفریز از دانشگاه کمبریج و به کمک نویسندهٔ این مبحث در فاصلهٔ سالیان ۱۹۳۱ تا ۱۹۴۰‌ تهیه شـد. جـداول مـفید دیگری هم به وسیله گوتنبرگ ۳ و ریشتر ۴ در مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا تهیه شده‌اند.

دو نوع موج به درون زمـین نـفوذ مـی‌کنند-اممواج پ (امواج اولیه) و امواج اس (امواج ثانویه). امواج پ از مواد جامد و مایع درون زمین عـبور مـی‌کنند. در سنگهای نزدیک به سطح زمین، سرعت عبور آنها ۸ ر ۴ کیلومتر در ثانیه و در عمق ۲۹۰۰‌ کیلومتری، به حد اکثر سـرعت خـود، یعنی ۶ ر ۱۳‌ کیلومتر در ثانیه می‌رسند. سرعت عبور امواج اس در مناطق جامد، معادل دوسـوم سـرعت عبور امواج پ در آن مناطق است. این امواج بـهیجوجه از مـناطق مـایع عبور نمی‌کنند.

وقتی که امواج زلزله به حـدود لایـه‌ای داخل زمین برخورد کنند، ممکن است منعکس گردند و به سوی بالا، یعنی سـطح زمـین بیایند. در ضمن، ممکن‌ست در همین حـال شـکسته و یا مـنحرف هـم بـشوند و این بدان معنی است که بـهنگام ورود در لایـهٔ جدید، جهت حرکت آنها عوض می‌شود. امواجی که به پوستهٔ زمین مـی‌رسند، دوبـاره به سمت پایین منعکس می‌گردند.

سـرعت امواج پ و اس برحسب عمق طـبقاتی کـه از آنها می‌گذرند، فرق می‌کند. دانـشمند لرزهـ‌شناس می‌تواند همهٔ این تفاوتها را محاسبه کند. بنابراین، او نقشهٔ درون زمین را ترسیم می‌کند و آن را براساس عـمق، بـه مناطق مختلفی تقسیم می‌کند.

امـواج رسـم شـده به وسیلهٔ لرزه نـگار را مـی‌توان به عکس‌های گرفته شـده از بـدن آدمی با پرتو ایکس تشبیه کرد. وضع ساختمانی درون بدن بر شدت عبور امواج ایـکس، کـه از منبع خود می‌آیند و به سوی صـفحه یـا فیلم عـکاسی مـی‌روند، تـاثیر می‌گذارد. بهمین ترتیب، قـسمتهای درونی زمین هم بر امواج زلزله‌ای که از منبع خود به سوی دستگاه لرزه‌نگار می‌روند، مـؤثرند. تـفسیر امواج ثبت شدهٔ زلزله، از تفسیر عکسهایی کـه بـه وسـیله پرتـو ایـکس گرفته می‌شوند، مـشکلتر اسـت. وقتی که یک پزشک تصویر حاصل از اثر پرتو ایسک را مطالعه می‌کند، در آن تصویر، ساختمان داخلی بدن را مـی‌یابد، امـا امـواج لرزه نگاشت (سیسموگرام)، فقط عبارت از یک رشته مـنحنی‌های دقـیق هـستند و یـک دانـشمند زمـین‌شناس برای مطالعه و تفسیر آنها باید روشهای ریاضی و فیزیک را به کار بندد.

شواهدی که از ثبت امواج زلزله به دست آمده، حاکی از آن است که درون زمین دو منطقهٔ اصلی وجود دارد: یک هستهٔ مرکزی و یک جبه ۵ که این هسته را احاطه کـرده اسـت. همچنانکه خواهیم دید، هستهٔ مرکزی خود دو قسمت دارد.

گوتنبرگ در سال ۱۹۱۴ با تجزیه و تحلیل سرعتهای یک سلسله امواج زلزله، قطر جبه را ۲۹۰۰ کیلومتر تعیین کرد. این رقم، امروزه بسیار دقیق محسوب می‌شود. از مـواد مـایع نمی‌گذرند، قاعدتا جبه باید بجز در زیر اقیانوسها و بعضی از قسمتهای محدود دارای مواد آتشفشانی، دارای حالت جامد باشد.

موهورووی چیک ۶ در سال ۱۹۰۹‌ با مطالعهٔ آثار امواج زلزلهـ‌ای در نـاحیهٔ بالکان موفق به کشف جـالبی شـد. او دریافت که وقتی امواج مزبور به چند کیلومتری زیر پوسته به این سطح سرعتشان کم و متغیر بود و وقتی که از آن منطقه می‌گذشتند، بر سرعتشان افـزوده مـی‌شد. این سطح کم‌وبیش حـدی مـشخص دارد و آن را انفصال موهو می‌نامند.

بعدها معلوم شد که این حد در سرتاسر زمین ادامه دارد و در زیر قاره‌ها تقریبا در عمق ۳۲ کیلومتری به آن برمی‌خوریم. این عمق در زیر سلسله کوهها بیشتر است، حال آنکه در زیر کـف اصـلی اقیانوسها فقط ۸ کیلومتر است. قسمت جبه بالای این حد را معمولا به نام پوسته می‌نامند.

هستهٔ مرکزی زمین شامل دو منطقهٔ مشخص است-هستهٔ داخلی و هستهٔ خارجی، گفتیم که امواج اس از مواد مـایع نـمی‌گذرند. از آنجا کـه این امواج از هستهٔ خارجی عبور نمی‌کنند، نظر بر این است که این قسمت زمین حالت مایع دارد-ایـن نتیجه‌گیری را شواهد دیگری هم تأیید کرده‌اند. امواج پ از هستهٔ زمین می‌گذرند. در ایـن‌حال، سـرعت آنـها ناگهان از ۵ ر ۱۳ کیلومتر به ۸ کیلومتر تقلیل می‌یابد و شکسته می‌شوند. این شکستگی در منطقه‌ای از سطح زمین که به نام مـنطقه ‌ سـایه ۷ معروف است با کاهش شدیدی در مقدار امواج توأم است. وجود همین منطقه دانـشمندان زمـین‌شناس را قـانع ساخت که در مرکز زمین بایستی در واقع یک هستهٔ مرکزی وجود داشته باشد. وقتی که امـواج پ به هستهٔ مرکزی زمین می‌رسند، به‌طور مشخص بر سرعتشان افزوده می‌شود. دلایل مـحکمی مبنی بر جامد بـودن ایـن قسمت در دست است.

شعاع هستهٔ داخلی در حدود ۱۳۰۰ کیلومتر و ضخامت هستهٔ خارجی در حدود ۲۱۰۰ تا ۲۳۰۰۰ کیلومتر است. بدین‌ترتیب شعاع مجموعهٔ هسته‌های داخلی و خارجی در حدود ۳۵۰۰ کیلومتر می‌شود.

درون زمین را به چند منطقهٔ دیگر هم تـقسیم می‌کنند. بخصوص علایمی وجود دارد که نشان می‌دهد تغییرات مشخصی در خواص سنگهای موجود در زیرپوسته و تا عمق یکهزار کیلومتری اتفاق می‌افتد، ولی البته جزئیات تغییرات مزبور هنوز بدرستی معلوم نشده‌اند.

جرم مخصوص و فـشارهای درون زمـین

اگر ما جرم و حجم هر جسم را داشته باشیم، می‌توانیم جرم مخصوص آن را پیدا کنیم، چون جرم خصوص عبارت از جرم واحد حجم است. جرم زمین را مقداری در حدود ۶ هزار بیلیون بیلیون (۲۱‌/۱۰‌*۶) تن مـی‌دانند. حـجم آن را هم با مساحتهای مختلفی تعیین کرده‌اند و تقریبا برابر ۱۳۰۰‌ بیلیون کیلومتر مکعب است. با توجه به این ارقام دانشمندان جرم فرضی تمامی زمین را ۰۰۱‌ ر ۷۰-+۵۱ ر ۴ گرم بر سانتیمتر مکعب محاسبه کرده‌اند. جـرم مـخصوص آب در دمای معمولی برابر یک گرم بر سانتیمتر مکعب است. بدین‌ترتیب، زمین ۵۱۷ ر ۵ بار از آب متراکمتر است. وزن مخصوص عبارتست از جرم مخصوص یک جسم نسبت به جرم مخصوص آب. بنابراین وزن مخصوص مـتوسط زمـین ۵۱۷ ر ۵ بـرابر آب است.

بیشتر سنگهای سطحی زمـین دارای وزن مـخصوصهایی کـمتر از ۳ هستند. البته از آنجا که وزن مخصوص تمامی زمین بیش از ۵ است، قاعدتا در وسط آن باید سنگهای وزین‌تری قرار داشته باشند. دانشمندان با مطالعهٔ الگـوهای امـواج زلزله، مـی‌توانند جرم مخصوص قسمتهای مختلف جبه و هسته را محاسبه کـنند. دلیـل کار هم این است که سرعت سیر امواج مزبور در هر ناحیه، بستگی به جرم مخصوص موادی دارد که آن ناحیه را تـشکیل دادهـ‌اند.

البـته برای تخمین زدن جرم مخصوص اعماق مختلف زمین، به دلایل دیـگری هم محتاجیم. یکی از منابع اطلاعات ما در این مورد، چرخش زمین است. زمین تقریبا در امتداد محوری می‌چرخد که از دو قـطب آن گـذر مـی‌کند، بدین‌ترتیب، و در نتیجهٔ چنین حرکتی، تورم مختصری در قسمت استوایی زمین پدید آمـده اسـت. نیروی جاذبهٔ ماه در روی قسمت برآمدهٔ استوایی، سبب بروز تغییرات مختصری در جهت محور زمین می‌گردد، این تـغییرات را سـتاره‌شناسان جـستجو و محاسبه کرده‌اند. دانشمدان علم ژئوفیزیک این تغییرات را وابسته به واقعیتهایی مخصوص مـی‌دانند کـه بـه شکل زمین مربوطند. نظریات مختلف فیزیکی هم، که دربارهٔ شکل‌پذیری و نیروی جاذبه داده شده، مـا را در تـعیین جـرم مخصوص کمک می‌کنند. آزمایشهای صورت گرفته در روی سنگها هم‌چنین است.

با در نظر گرفتن هـمهٔ مـوارد فوق، من در سال ۱۹۳۶ جرم مخصوص زمین و یا به عبارتی، وزن مخصوص آن را تعیین کردم و دریـافتم کـه جـرم مخصوص زمین از زیر پوسته تا قاعدهٔ جبه کمی بیشتر از عدد ۳ و در قاعدهٔ جبه از ۵ ر ۵ کمتر اسـت.

زیـاد شدن وزن مخصوص به تناسب زیاد شدن عمق بیشتر وابسته به فشار فـوق العـاده‌ای اسـت که از جانب لایه‌های فوقانی بر سنگهای زیرین وارد می‌آید. شاید هم این موضوع تا حدی وابـسته بـه ترکیب شیمیایی جبه باشد.

در حد فاصل میان جبه و هسته، وزن مخصوص ناگهان از عـدد ۵ ر ۵ بـه ۵ ر ۹ مـی- رسد. به علت فشارهای زیاد، در داخل هستهٔ خارجی هم باز بر مقدار وزن مخصوص زمین افـزوده مـی‌شود بـه طوری که در ته آن، به ۵ ر ۱۱ می‌رسد. این مقادیر را امروزه کم‌وبیش همه پذیـرفته‌اند.

امـا هنوز هم به‌طور دقیق وزن مخصوص هستهٔ داخلی معین نشده است. تصور می‌کنم که این وزن مخصوص بـاید چـیزی در حدود ۵ ر ۱۴ تا ۱۸ باشد.

وقتی که ما از مقدار وزن مخصوص و تغییرات آن در درون زمین آگاه شـدیم، مـی‌توانیم نحوهٔ انتشار فشار را هم محاسبه کنیم. مـقدار فـشار هـوا در کنار دریا برابر با فشار ۷۶ سانتیمتر جـیوه بـر سانتیمتر مربع است. در کف اقیانوس کبیر مقدار فشار به حدود یک تن بـر سـانتیمتر مربع می‌رسد، با این حـال وقـتی که ایـن فـشار را بـا فشارهای درونی زمین مقایسه کنیم، خـواهیم دیـد که مقداری ناچیز است. من مقدار فشار ته جبه را برابر با ۱۵۰۰ تـن بـر سانتیمتر مربع محاسبه کرده‌ام و این مـقدار در مرکز زمین در حدود ۴۰۰۰ تـن بـر سانتیمتر مربع است و این فـشار مـعادل فشاری است که از ستونی از فولاد به ارتفاع ۷۵۰ کیلومتر بر یک سانتیمتر مربع حـاصل مـی‌شود!

خاصیت شکل‌پذیری زمین

زمین جـسمی مـطلقا سـخت و خشک نیست، بـلکه هـمانند فولاد، در اثر وارد آمدن فـشار، شـکل خود را عوض می‌کند. بدین سبب، نیروی کششی که از جانب خورشید و ماه بر آن وارد می‌آید، سـبب مـی‌گردد که نه تنها آبهای سطح آن بـالا آیـند، بلکه خـشکیها نـیز چـنین کنند. نوسانات مخصوصی هـم که در محور زمین وجود دارد باز به علت شکل پذیر بودن سیارهٔ ماست.

در سال ۱۸۶۳ بارون کـلوین ۸(ویـلیام تامسون) براساس این آثار میزان تـوسط سـختی و مـحکمی زمـین را کـمی بیش از فولاد مـحاسبه کـرد. (میزان سختی یک جسم عبارت از مقدار مقاومت آن جسم در برابر تغییر شکل دادن است.) بدین‌ترتیب میزان سختی سـیارهٔ مـا بـه‌طور کلی، از میزان سختی سنگهای سطحی آن خیلی بـیشتر اسـت. از زمـان بـارون کـلوین تـا امروز، اطلاعات حاصله دربارهٔ تغییرات وزن مخصوص زمین، امکان محاسبهٔ درجهٔ سختی اعماق مختلف آن را فراهم آورده است. این درجه، بتدریج در سرتاسر جبه زیاد می‌شود و من تصور می‌کنم که درتـه جبه، مقدار آن سه برابر سختی فولاد می‌شود.

تاکئوچی (H.Takeuchi) دانمشند ژاپنی با استفاده از اطلاعات حاصله از زلزله و جز و مد قسمتهای جامد زمین، نشان داد که قسمتهای بزرگی از هستهٔ خارجی دارای سختی کمتری نسبت به جـبه اسـت. و این یافته، دلیل محکمی بر حمایت از این نظریه است که هستهٔ خارجی، حالتی مایع دارد. یک رشته محاسبات مستقل که به وسیلهٔ نویسندهٔ این مقاله انجام شده احتمال آن را نشان مـی‌دهد کـه هستهٔ خارجی، حالتی مایع دارد. یک رشته که هستهٔ داخلی زمین جامد باشد. درجه سختی و مقاومت این قسمت از زمین لا اقل دو برابر درجه سختی فـولاد مـعمولی است.

دما و خروج گرما

دلیـل واضـحی مبنی بر مقدار دمای درونی زمین در دست نداریم. دمای قسمت ته پوسته، احتمالا مقداری معادل ۶۵۰ درجهٔ صد بخشی است، ولی با افزایش عمق، بـر ایـن دما هم افزوده مـی‌شود. واقـعیت اینکه جبه حالت مایعی ندارد، سبب شده است که حدس بزنیم دمای ته آن باز هم بالاتر است. حدس بر این است که دمای این قسمت در حدود ۲۰۰۰ تا چند هزار درجـهٔ صـد بخشی است. ولی دمای مرکز زمین نباید از این مقدار بیش از هزار درجه بالاتر باشد.

از زمین همواره مقدار گرمای ثابت و مختصری ساطع می‌شود. البته بیشتر این گرما از مواد رادیوآکتیوی می‌آید که در سـنگهای نـزدیک به سـطح زمین قرار دارند. در محل قاره‌ها مواد رادیو آکتیو، بیتر در سنگهای خار اقرار دارند. در نواحی اقیانوسها، از این قـبیل سنگها نمی‌توان یافت. بنابراین، تا این اواخر چنین تصور می‌رفت کـه جـریان گـرما در زیر اقیانوسها بسیار کمتر از قاره‌هاست. اما محاسبات اخیر نشان داده است که مقدار گرمای خارج شده از زمین در تـمام ‌ سـطح آن به‌طور یکنواخت صورت می‌گیرد و نوسانات آن از ۲۰ درصد تجاوز نمی‌کند. ولی دلیل این مطلب را نـمی‌دانیم.

تـرکیب درونـی زمین
عقیدهٔ عموم بر این است که سنگهایی که مستقیما در زیر پوستهٔ زمین قرار دارنـد بیشتر از سیلیکاتها*مرکبند. ما نمی‌دانیم کدام نوع از سنگها در این ناحیه زیادند. تصور مـی‌رود که کانی اولیوین، کـه خـود نوعی سیلیکات آهن و منیزیم است، در این منطقه فراوان باشد. دلیل این گفته هم، تطبیق دادن سرعت سیر امواج زلزله در این نواحی با آزمایشهایی است که در آزمایشگاههای ژئوفیزیکی به عمل آمده است.

بـه نظر می‌آید که در قسمت زیرین جبه هم ترکیب سنگها شبیه به ترکیب سنگهایی باشد که در مناطق بالاتر یافت می‌شوند. اما احتمالا مواد تشکیل‌دهندهٔ این قسمت از جبه باید از سیلیسبوم، منیزیم و اکسیدهای آهـن حـاصل آمده باشند و این مطلب را هم فرانسیس بریچ از دانشگاه هاروارد عنوان کرده است.

تا سالهای اخیر نظر بر این بود که هستهٔ زمین بیشتر از نیکل و آهن ساخته شده است و این فـکر بـیشتر مبتنی بر مطالعهٔ قطعات شها بسنگهایی بود که از فضای کیهانی بر سطح زمین فرو می‌افتادند.

شهابسنگها به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند. «آهنی‌ها» که بیشتر، از آهنن مخلوط با نـیکل حـاصل شده‌اند، «سنگی‌ها» که شباهت به سنگهای سطح زمین دارند، و «آهن سنگی‌ها» که مخلوطی از دو نوع قبلی‌اند.

امروزه همه معتقدند که شهابسنگها قطعاتی از اجرام بزرگتری هستند. تجزیهٔ «آهنی‌ها» حاکی از آن است کـه بـلورهای مـوجود در آنها حاصل جامد شدن آرام آهـن و نـیکل بـوده است و این سرد شدن در تحت فشارهایی صورت می‌گیرد که فقط درون اجرام (*) در یک سیلیکات، یک عنصر (یا بیش از یک عنصر) بـا اکـسیژن و سـیلیسیوم ترکیب شده است.

 

بسیار بـزرگ وجـود دارد. چـنین محاسبه شده است که «آهنی‌ها» در داخل کره‌ای شاید به بزرگی کـرهٔ مـاه تشکیل شده باشند.

بدین‌ترتیب، لا اقل پاره‌ای از شهابسنگها از سیاراتی منشاء می‌گیرند که روزگاری مشابه زمین بوده، امـا بـعدا قـطعه قطعه شده‌اند. قطعات چنین سیاره‌ای بایستی شباهت به مواد درونی زمین داشـته بـاشند. اگـر چنانکه قبلا تصور می‌رفته، بیشتر شهابسنگها از دستهٔ «آهنی‌ها» باشند، پس باید آهن-نیکل در داخل زمـین فـراوان بـاشد.

ولی امروزه می‌دانیم که نسبت «آهنی‌ها» به «سنگی‌ها» به آن صورتی که قبلا تصور می‌رفت زیـاد نـیست.

تحقیق اخیری که به وسیلهٔ، اوپیک ۹ صورت گرفته، این نسبت را در مورد توده، ۲ درصـد نـشان داده اسـت. یک محقق دیگر نسبت «آهنی‌ها» را بیش از آنچه اوپیک محاسبه کرده، نشان داده است.

به‌هرحال مـوضوع کـاملا روشن نیست. ما چه رقم اوپیک را بپذیریم و چه رقم بالاتر را، مسلم است کـه دلایـل جـمع‌آوری شده از شهابسنگها دیگر همانند گذشته نمی تواند اثبات کند که بیشتر هستهٔ مرکزی زمین را آهـن و نـیکل تشکیل داده است.

بیشتر دانشمندان ژئوفیزیک هنوز معتقدند که هستهٔ داخلی زمین از نـیکل و آهـن و شـاید مقداری مواد متراکمتر ساخته شده است. بسیاری هم عقیده دارند که هستهٔ خارجی زمین نـیز از نـیکل و آهـن ساخته شده، ولی حالت آنها جامد نیست، بلکه مایع است. برخی از دانشمندان هـم در ایـن باره مرددند. در سال ۱۹۴۸ رمزی W.H.Ramsey دانشمند انگلیسی اذعان داشت که ترکیب شیمیایی هستهٔ خارجی زمین شبیه بـه قـسمتهای پایینی جبه است. به نظر او تفاوت در چگالی دو ناحیه، مربوط به افزایش فـشار در زیـر جبه است. البته قبل از آنکه این نـظریه پذیـرفته شـود، باید دربارهٔ آن تحقیقات زیادتری صورت بگیرد؛ بـا ایـن حال، همین نظریه بر فکر تعدادی از زمین‌شناسان اثر کرده است.

میدان آهنربایی زمـین

در سـال ۱۶۰۰، دانشمند فیزیکدان انگلیسی به نـام سـرویلیام گیلبرت ۱۱ نـظریه ای ارائه داد، مـبنی بـر اینکه زمین خود همانند آهن ربـای بـزرگی است که دو قطب آن با دو قطب جغرافیایی تا حدودی تطبیق دارد. او همچنین پیشنهاد کـرد کـه میدان آهنربایی زمین از اعماق آن سرچشمه مـی‌گیرد. بسیاری از محققین نیز ایـن انـدیشه‌ها را پذیرفته‌اند.

برای توضیح علت خـاصیت آهـنربایی زمین دلایل زیادی عرضه شده است. یکی از نظریات این است که در داخل زمـین آهـنی موجود است که خاصیت آهـن ربـایی دایـمی دارد. ولی وقتی معلوم شـد کـه بیشتر هستهٔ زمین حـالت مـایع دارد و نمی‌تواند به مدتی طولانی خاصیت آهنربایی را در خود نگهدارد، این نظریه رد شد. به نظر مـی‌آید کـه در هیچ کجای داخل زمین، اگر هـم آهـنربایی وجود داشـته بـاشد، نـمی‌تواند چنین میدان پرقدرتی تـولید کند.

در سال ۱۹۴۷ پتریک بلکت ۱۲ از دانشگاه لندن پیشنهاد کرد هر جسم بزرگی که مانند زمین بـه دور خـود بچرخد، تنها به علت دوران، میدان آهـنربایی بـه وجـود مـی‌آورد. امـا آزمایشهایی که بـا اجـسام بزرگ دوار صورت گرفت، این نظریه را ثابت نکرد. آزمایش دیگری هم که به وسیلهٔ سرادوارد بولارد طـراحی شـده و بـه وسیلهٔ کیت رانکورن ۱۳ در عمق معادن صورت گـرفت، بـاز نـظریهٔ بـلکت را ثـابت نـکرد.

امروزه دانشمندان تقریبا مطمئن هستند که میدان آهنربایی زمین حاصل جریانهای معمولی الکتریکی است که در داخل آن در گردشند. سرهارولد لمب در سال ۱۸۹۳ خاطرنشان کرد که چنین جریانهایی باید از یـک نوع منبع انرژی که در درون زمین وجود دارد سرچشمه بگیرند. طبیعی است که این کار هم در قسمتی از درون زمین صورت می‌گیرد که حد اقل مقاومت الکتریکی را داراست-یعنی در هستهٔ خارجی مایع.

والتر. ال سـاسر ۱۴ یـکی از فیزیکدانان آمریکایی، آلمانی الاصل در سال ۱۹۳۹ پیشنهاد کرد که منشاء جریانها باید در هسته باشد، زیرا در این قسمت موادی با خواص الکتریکی متفاوت، که دمایشان کمی باهم فرق دارد، در مجاورت هم واقـعند. ایـن فرضیه را به نام فرضیه ترموالکتریک می‌نامند (خاصیت ترموالکتریسیته وقتی پدید گرم کنند.) در سال ۱۹۵۴ رانکورن اظهار کرد که در حد فاصل میان هستهٔ خارجی بـایستی خـاصیت ترموالکتریسیته پدید آمده باشد.

امـروزه بـهترین نظریه‌ای که دربارهٔ خاصیت آهنربایی زمین داده شده، نظریهٔ دینامویی ال ساسر و بولارد است. براساس این نظریه، یک دینام غول‌آسا در اعماق زمین انرژی مکانیکی را به انـرژی آهـنربایی بدل می‌سازد. انرژی مـکانیکی هـم به وسیلهٔ نوعی حرکت مایع در درون هسته تولید می‌شود. ال ساسر برای آنکه امکان وجود چنین حرکتی را نشان بدهد، محاسبات مکانیکی دقیق را انجام داد. در حال حاضر، نظریهٔ دینامویی بهتر از هر نظریهٔ دیگری مـنشاء آهـنربایی زمین را نشان می‌دهد.

بتدریج اندیشه‌های روشن تری دربارهٔ درون زمین داده می‌شود. ما امروزه اطلاعاتی دربارهٔ مناطق مختلف آن، وزن مخصوص، فشار و درجهٔ شکل‌پذیری این مناطق داریم. همچنین تا حدودی هم از ترکیب شـیمیایی مـوادی که در داخـل زمین وجود دارند مطلعیم، و لا اقل به طریقهٔ امیدوارکننده‌ای به حل مسئلهٔ خاصیت آهنربایی آن اقدام اندرون زمین مـی‌پردازند، کاشفین جدید به حساب می‌آیند. آنان به مرحله‌ای رسیده‌اند که هـر سـال اکـتشافات جالب توجه و تازه‌ای می‌کنند. و بالاخره روزی می‌رسد که دانش ما دربارهٔ داخل زمین به همان اندازه‌ای مـی‌رسد ‌ کـه امروزه دربارهٔ سطح آن می‌دانیم.


‌ کـیت ا.بولن

ترجمهٔ دانشفر

منبع: هدهد، آذر ۱۳۵۸ – شماره ۷

دیدگاه خود را با ما اشتراک بگذارید:

ایمیل شما نزد ما محفوظ است و از آن تنها برای پاسخگویی احتمالی استفاده می‌شود و در سایت درج نخواهد شد.
نوشتن نام و ایمیل ضروری است. اما لازم نیست که کادر نشانی وب‌سایت پر شود.
لطفا تنها در مورد همین نوشته اظهار نظر بفرمایید و اگر درخواست و فرمایش دیگری دارید، از طریق فرم تماس مطرح کنید.