تشكل ديناميكية باطن الأرض مسألة شائكة يعمل العلماء على دراستها ومعرفة علاقتها الدقيقة بالحقل
المغنطيسي الأرضي. فما هي آخر الأبحاث في هذا المجال؟
يجمع العلماء اليوم على أن الحقل المغنطيسي الأرضي ناجم عن حركات الحديد السائل في الجزء الخارجي
من النواة، وعلى أنه يبقى من خلال محرك ذاتي الحركة. إذ أن الجسم المحرك يولد حقلاً مغنطيسياً يحفظ
الحركة عندما يتحرك في حقل مغنطيسي سابق له. وتتألف نواة الأرض بشكل أساسي من الحديد والقليل
من النيكل والأكسجين والكبريت، وهي عبارة عن كرة صلبة قطرها نحو 1220 كلم تحيط بها طبقة خارجية
سائلة تصل ثخانتها إلى 2260كلم. وتتوافق الحدود بين السطحين مع شرطي الحرارة والضغط الحرجين لتبلور
الحديد. ومع ابتراد الكرة الأرضية ببطء تنتقل هذه الحدود باتجاه القشرة، وهكذا تكبر النواة الصلبة مع تبلور
سطحها. ويترافق هذا التبلور مع انفجار يطلق نحو الأعلى مادة خفيفة من الأكسجين أو الكبريت. وهذا ما
يدعى الحمل الحراري المركّب، أي إنتقال جلاء من الحرارة من السائل إلى الغاز أو بالعكس.لكن معلوماتنا
الترموديناميكية حول النواة غير دقيقة ومن الصعوبة التأكد من نمط الحمل الحراري الغالب في النواة. ومع ذلك،
ثمة دلائل ديناميكية تشير إلى أن نمطي الحمل الحراري متساويين، بعكس الفكرة السائدة منذ 20 سنة
المبنية على الدلائل الطاقية والتي تؤكد انعدام الحمل الحراري في النواة الأرضية. وقد عمل العلماء على تمثيل
حالة الشروط الديناميكية السائدة في قلب الأرض بواسطة تجربة مخبرية. وتشتمل التجربة على كرتين إحداهما
داخل الأخرى وتدوران بسرعة 400 دورة في الدقيقة. وتم ملء الفراغ بينهما بالماء الذي يتوافق تماماً مع التجربة.
فنسبة اللزوجة إلى انتشار الحرارة فيه مماثلة للنسبة المقدرة نفسها للحديد في النواة السطحية. كما أن
شفافيته تسمح برؤية وتسجيل الحركات في كامل الكتلة السائلة. وتدور الكرتان معاً وفق محور الدوران نفسه
وبسرعة زاوية واحدة. وبعد 20 دقيقة يكون الماء قد اكتسب حركة الدوران الصلب أي سرعة الكرتين نفسها.
كيف أمكن تمثيل القوى الأساسية في باطن الأرض في التجربة، وما النتائج التي أمكن تحقيقها؟
إن القوة المركزية الموجهة نحو الخارج في النواة الأرضية ضعيفة أمام قوة الثقالة الموجهة نحو المركز.
وبالتالي فإن التيارات الحارة تصعد وفق قانون أرخميدس بينما تسيل الكتل الباردة نحو مركز الأرض.
إن القوة الوحيدة التي يمكن أن تبلغ قيماً كبيرة في الشروط التجريبية هي القوة المركزية
وذلك بجعل الكرة تدور بسرعة. ولهذا استخدمت هذه القوة لتمثيل قوة الثقالة. لكن الثقالة الناتجة
بهذه الطريقة لاتنفق مع الثقالة في باطن الأرض إذ أنها تكون موجهة خارج الكرة. ولحل هذه المشكلة عكس
اتجاه النقل الحراري. ومع تبريد الكرة تتجه التيارات الحارة نحوها والتيارات الباردة إلى خارجها تشدها القوة
المركزية التي تكون القوة المسيطرة. وبذلك يصبح نظام القوى موافقاً للشروط الحقيقية. وتسمح سرعة
الدوران المرتفعة بتخطي قوة أخرى مشوُّشة في حالة التربة هي الثقالة الموجودة في المختبر. ويحاول هذا
النظام البسيط إنتاج الظاهرات الديناميكية الداخلية في النواة ليس باستخدام القوى التي تطبق فعلياً في
النواة بل تناسبات القوى المقارنة. ونجد مثلاً في هذه التجربة كما في باطن الأرض أن قوة كوريوليس (وهي قوة
العطالة الناجمة عن الدوران) مسيطرة بالنسبة لقوة اللزوجة.
وكان النموذج النظري الموضوع منذ عام 1970 يفترض أن النقل الحراري في نظام دوراني ينتظم حول النواة
المركزية في عقد من الأنابيب تتوازى محاورها مع محور الدوران. وفي عام 1986 أجريت تجربة في المكوك
الفضائي في حالة انعدام الوزن ظهرت فيها أنابيب بشكل الموز. وفي التجربة التي جرت مؤخراً لوحظ بوضوح
سيلان أنبوبي واز لمحور الدوران إنما بشكل مستقيم وموزع على الكرة كلها. ويؤدي الدوران إلى تصلب
السائل في حال توازيه مع محور الدوران وإلى اضطراب الحمل الحراري.
وأظهر المقطع الإستوائي أن التموجات الحرارية التي ظهرت بملونات الفليورسين ملتفة بشكل دوامات بواسطة
قوة كوريوكيس تعكس اتجاه الدوران. ويوافق كل تموج منها أنبوباً من السائل يحفظ صلابته وفق محور الدوران.
فإذا كان هذا التموج يكشف فعلاً ما يحصل في قلب النواة فإنه يُظهر حملاً حرارياً أقل فعالية وأكثر صخباً من الحمل
الكلاسيكي عندما يكون الدوران ضعيفاً أو معدوماً. وإذا كان الاضطراب الملاحظ تجريبياً موجوداً في النواة فمن
الممكن أن يكون سبب الظاهرات الفجائية للحقل المغنطيسي الأرضي.
موضوع: ديناميكية نواة كوكب الأرض 
23/11/2010, 05:09
