ליבת כדור הארץ

לפני מאה שנה המדע בקושי ידע כי לכדור הארץ אפילו יש גרעין. כיום אנו מתפנקים מהליבה וקשריה עם שאר כדור הארץ. אכן, אנו בתחילתו של תור זהב של לימודי ליבה.

ידענו בשנות ה- 1890, מהאופן בו כדור הארץ מגיב לכובד השמש והירח, שלפלנטה יש גרעין צפוף, כנראה ברזל. בשנת 1906 ריצ'רד דיקסון אולדהם גילה כי גלי רעידת אדמה עוברים במרכז כדור הארץ הרבה יותר איטי ממה שהם עושים דרך המעטפת סביבו - מכיוון שהמרכז נוזלי.

בשנת 1936 דיווחה אינגה להמן שמשהו משקף גלים סיסמיים מתוך הליבה. התברר שהליבה מורכבת מקליפה עבה של ברזל נוזלי - הליבה החיצונית - שבמרכזה ליבה פנימית קטנה ומוצקה. זה מוצק כי בעומק הזה הלחץ הגבוה מתגבר על ההשפעה של הטמפרטורה הגבוהה.

בשנת 2002 פירסמו מיאקי אישי ואדם דז'יווונסקי מאוניברסיטת הרווארד עדויות ל"ליבה פנימית פנימית ", שנמצאת כ- 600 קילומטרים. בשנת 2008 הציעו שיאדונג סונג ושינלי סאן גרעין פנימי שונה על פני 1200 ק"מ. לא ניתן לעשות הרבה מהרעיונות האלה עד שאחרים יאשרו את העבודה.

כל מה שנלמד מעלה שאלות חדשות. הברזל הנוזל חייב להיות מקור השדה הגאומגנטי של כדור הארץ - הגיאודינמו - אך איך הוא עובד? מדוע הגיאודינמו מתהפך, מתחלף

הכלי העיקרי שלנו למחקר ליבה היה גלי רעידת אדמה, בעיקר כאלה מאירועים גדולים כמו רעידת סומטרה 2004. "המצבים הרגילים" המצלצלים, הגורמים לכוכב הלם לפעום בסוג התנועות שרואים בבועה סבון גדולה, מועילים לבחינת מבנה עמוק בקנה מידה גדול.

אבל בעיה גדולה היא אי-ייחוד—ניתן לפרש כל ראיה סיסמית נתונה ביותר מדרך אחת. גל החודר לליבה חוצה גם את הקרום לפחות פעם אחת ואת המעטפת לפחות פעמיים, כך שתכונה בסיסמוגרמה עשויה מקורם במספר מקומות אפשריים. יש לבצע בדיקה צולבת של חלקים רבים של נתונים.

מחסום האי-ייחוד דעך מעט כשהתחלנו לדמות את כדור הארץ העמוק במחשבים עם מספרים ריאליסטיים, וכפי שהתרפרנו בטמפרטורות ולחצים גבוהים במעבדה עם תא סדן יהלום. כלים אלה (ומחקרי משך היום) אפשרו לנו להציץ בשכבות כדור הארץ עד שלבסוף נוכל להרהר בגרעין.

בהתחשב בכך שכדור הארץ כולו מורכב בממוצע מאותו תערובת של דברים שאנו רואים במקומות אחרים במערכת השמש, הליבה צריכה להיות מתכת ברזל יחד עם קצת ניקל. אבל זה פחות צפוף מברזל טהור, ולכן כעשרה אחוזים מהליבה חייבים להיות משהו קל יותר.

רעיונות לגבי מרכיב קל זה התפתח. גופרית וחמצן היו מועמדים כבר זמן רב, ואפילו מימן נחשב. בזמן האחרון התגברה ההתעניינות בסיליקון, שכן ניסויים וסימולציות בלחץ גבוה מראים שהוא עשוי להתמוסס בברזל מותך טוב יותר ממה שחשבנו. אולי יותר מאחד כזה נמצא שם למטה. דרוש הרבה נימוקים גאוניים והנחות לא וודאות כדי להציע מתכון מסוים כלשהו - אך הנושא אינו מעבר לכל השערה.

סייסמולוגים ממשיכים לחקור את הגרעין הפנימי. הליבה חצי הכדור המזרחי נראה כי שונה מחצי הכדור המערבי באופן בו גבישי הברזל מיושרים. קשה לתקוף את הבעיה מכיוון שגלים סיסמיים צריכים לעבור די הרבה ישר מרעידת אדמה, ממש דרך כדור הארץ, לסייסוגרף. אירועים ומכונות שבמקרה מסודרים בשורה בדיוק הם נדירים. והאפקטים עדינים.

בשנת 1996, שיאדונג סונג ופול ריצ'רדס אישרו תחזית כי הגרעין הפנימי מסתובב מעט מהר יותר משאר כדור הארץ. נראה שהכוחות המגנטיים של הגיאודינמו אחראים.

על זמן גאולוגיהליבה הפנימית גדלה ככל שמתקרר כדור הארץ כולו. בחלקו העליון של הליבה החיצונית, גבישי ברזל קופאים החוצה וגשם לתוך הליבה הפנימית. בבסיס הליבה החיצונית, הברזל קופא תחת לחץ לוקח הרבה מהניקל איתו. יתרת הברזל הנוזלית קלה יותר ועולה. התנועות העולות והנופלות הללו, המתקיימות באינטראקציה עם כוחות גאומגנטיים, מערבבים את כל הגרעין החיצוני במהירות של 20 קמ"ש בשנה בערך.

לכוכב הלכת מרקורי יש גם ליבת ברזל גדולה וכן שדה מגנטיאם כי חלשה בהרבה מזו של כדור הארץ. מחקרים עדכניים רומזים על כך שהליבה של מרקורי עשירה בגופרית וכי תהליך הקפאה דומה מעורר אותה, כש"שלג ברזל "נופל ונוזל מועשר בגופרית עולה.

מחקרי ליבה זינקו בשנת 1996 כשמודלים ממוחשבים של גארי גלצמאייר ופול רוברטס הציגו לראשונה את התנהגות הגיאודינמו, כולל היפוכים ספונטניים. הוליווד העניקה לגלצמאייר קהל בלתי צפוי כשהשתמשה באנימציות שלו בסרט האקשן הליבה.

עבודות מעבדה בלחץ גבוה אחרונות של ריימונד ז'אנול, הו קוואנג (דיוויד) מאו ואחרים העניקו לנו רמזים לגבי גבול ליבת המעטפת, שם ברזל נוזלי מתקשר עם סלע סיליקט. הניסויים מראים כי חומרי ליבה ומעטפת עוברים תגובות כימיות חזקות. זהו האזור שמקורם של פלומת המעטפת חושבים ומגיעים לכדי מקומות כמו שרשרת האיים ההוויים, ילוסטון, איסלנד ותכונות פנים אחרות. ככל שנלמד יותר על הליבה, כך הוא מתקרב.

נ.ב: הקבוצה הקטנה והסגורה של מומחי הליבה כולם שייכים לקבוצת SEDI (Study of the Deep Interior Earth) וקוראים את דיאלוג עמוק כדור הארץ עלון. והם משתמשים בלשכה המיוחדת לאתר הליבה כמאגר מרכזי לנתונים גאופיזיים וביבליוגרפיים.