يمكن وصف تطور كوكب الأرض بأنه تاريخ التبريد على مدى 4.5 مليار سنة الماضية، حيث كان سطح الأرض مغطى بمحيط عميق من الصهارة.
حرارة باطن الأرض
وعلى مدى ملايين السنين، برد سطح الكوكب ليشكل قشرة هشة، على الرغم من أن بعض الأسئلة لا تزال بلا إجابة: ما مدى سرعة تبريد الأرض وكم من الوقت قد يستغرق هذا التبريد المستمر لإيقاف العمليات الحرارية المذكورة أعلاه؟
يمكن أن تعطي الموصلية الحرارية للمعادن الإجابات، تشكل هذه الموصلية الحرارية للمعادن الحدود بين لب الأرض وغطاءها، هذه الطبقة الحدودية ذات صلة لأنها هنا حيث يكون الصخر اللزج لوشاح الأرض على اتصال مباشر مع ذوبان الحديد والنيكل الساخن في اللب الخارجي للكوكب.
علماء يطورون نظام قياس جديد لقياس الحرارة الداخلية لباطن الأرض
معدن بريدغمانيت
بسبب شدة انحدار درجة الحرارة بين الطبقتين، يجب أن تتدفق الكثير من الحرارة هنا، حيث تتكون هذه الطبقة الحدودية من معدن بريدغمانيت.
ومع ذلك، من الصعب تقدير مقدار الحرارة التي يمر بها هذا المعدن من لب الأرض إلى الوشاح لأن التحقق التجريبي صعب للغاية.
طور علماء من جامعة زوريخ نظام قياس متطور يمكنهم من قياس التوصيل الحراري للبريدغمانيت في المختبر تحت ظروف الضغط ودرجة الحرارة السائدة داخل الأرض، وتم استخدام نظام قياس الامتصاص البصري في وحدة ماسية مسخنة بالليزر النبضي.
وقال الأستاذ موتوهيكو موراكامي، من جامعة زوريخ: "يتيح لنا نظام القياس هذا أن نظهر أن التوصيل الحراري للبريدغمانيت أعلى بحوالي 1.5 مرة مما هو مفترض، ويشير هذا إلى أن تدفق الحرارة من اللب إلى الوشاح أعلى أيضاً مما كان يُعتقد سابقاً، ويؤدي تدفق الحرارة الأكبر، بدوره، إلى زيادة الحمل الحراري في الوشاح ويسرع تبريد الأرض، وقد يتسبب هذا في تباطؤ حركة الصفائح التكتونية، التي تستمر من خلال الحركات الحرارية للوشاح، وبشكل أسرع مما كان يتوقعه الباحثون بناءً على قيم التوصيل الحراري السابقة".
عملية التبريد في الوشاح
كما أظهر العلماء أيضاً أن التبريد السريع للوشاح يغير الأطوار المعدنية المستقرة عند حدود اللب-الوشاح، وبعد التبريد، يتحول بريدغمانيت إلى معدن بوست بيروفسكايت.
تتسارع عملية الاصطدام عندما تظهر مادة بوست بيروفسكايت عند حدود الوشاح الأساسي وتبدأ في الهيمنة، ويحدث هذا لأن المعدن يوصل الحرارة بشكل أكثر كفاءة من البردغمانيت.
الكواكب الصخرية
وقال موراكامي: "يمكن أن تعطينا نتائجنا منظور جديد لتطور ديناميكيات الأرض، ويقترحون أن الأرض، مثل الكواكب الصخرية الأخرى عطارد والمريخ، تبرد وتصبح غير نشطة بشكل أسرع بكثير مما كان متوقعاً".
"ومع ذلك، لا يمكننا تحديد الوقت الذي سيستغرقه، على سبيل المثال، لتوقف التيارات الحرارية في الوشاح، وما زلنا لا نعرف ما يكفي عن هذه الأنواع من الأحداث لتحديد توقيتها".