عميقًا تحت أقدامنا، في قلب كوكبنا حيث تتنافس درجات الحرارة مع تلك الموجودة على سطح الشمس، والضغط يسحق الصخور إلى أشكال جديدة، يقوم العلماء باكتشافات مذهلة تتحدى كيف نفكر في آليات الأرض الداخلية. تشير دراسة جديدة إلى أن قلب الأرض - المركز المعدني الكثيف لكوكبنا - قد يحتوي على كمية من الهيدروجين تعادل حجم 45 محيطًا من محيطات الأرض مجتمعة. إذا تم تأكيد ذلك، فإن هذا الاكتشاف يعيد تشكيل فهمنا لكيفية تخزين الماء والعناصر المتقلبة ودورتها في أعماق الأرض.
على مدى قرون، عرف الجيولوجيون أن قلب الأرض يتكون أساسًا من الحديد والنيكل. لكن تفاصيل عناصره الأخف - بما في ذلك الهيدروجين - ظلت غامضة لأننا لا نستطيع أخذ عينات من القلب مباشرة. بدلاً من ذلك، يلجأ الباحثون إلى طرق غير مباشرة: تحليل الموجات الزلزالية التي تسافر عبر الكوكب، وإجراء تجارب مختبرية تحت ضغط عالٍ تعيد إنشاء ظروف القلب، وبناء نماذج تربط القياسات الفيزيائية بالسلوك الكيميائي في البيئات القاسية.
تشير الأبحاث الجديدة - التي تجمع بيانات من عدة مجالات بحثية - إلى وجود كمية كبيرة بشكل مدهش من الهيدروجين مرتبطة بمواد القلب. الهيدروجين هو أخف عنصر وأحد اللبنات الأساسية للماء، لذا فإن وجوده بكميات هائلة في أعماق الأرض له آثار عميقة على ميزانية الماء في الأرض على مدى الزمن الجيولوجي. إذا كان هناك خزان كبير من الهيدروجين موجود في القلب، فهذا يشير إلى أن الكثير من المخزون الأصلي المتقلب للأرض - بما في ذلك الماء - قد تم سحبه إلى الأسفل في وقت مبكر من تاريخ الكوكب وتم احتجازه حيث لا تصل أشعة الشمس والحياة.
فهم دور الهيدروجين في القلب يؤثر أيضًا على كيفية تفكير العلماء في تطور الأرض. شهدت الأرض المبكرة تسخينًا شديدًا، وانصهارًا، وتمايزًا، وهي عمليات تسببت في غرق المواد الكثيفة نحو المركز بينما ارتفعت السيليكات الأخف لتشكل الوشاح والقشرة. إذا شارك الهيدروجين في ذلك التمايز، فهذا يعني أن الجزء الداخلي العميق للأرض قد يخزن أكثر بكثير من العناصر المتقلبة للكوكب مما كان يُعتقد سابقًا - مع آثار على كيفية تشكل المحيطات والغلاف الجوي وتغيرهما على مدى مليارات السنين.
تستند الدراسة إلى عقود من العمل الجيوفيزيائي والجيوكيميائي الذي يشير إلى أن قلوب الكواكب الصخرية قد تضم عناصر خفيفة، بما في ذلك الهيدروجين والكربون والأكسجين، إلى جانب المعادن الأثقل. في حالة الأرض، قد يساعد خزان الهيدروجين المحتمل في القلب في تفسير سبب احتفاظ الأرض بالمحيطات والغلاف الجوي في المقام الأول، بينما فقدت كواكب مشابهة أقرب إلى الشمس الكثير من عناصرها المتقلبة. كما يدعو ذلك إلى مقارنات مع عوالم أخرى: إذا كان الهيدروجين شائعًا في قلوب الكواكب، فقد يؤثر على كل شيء من توليد الحقول المغناطيسية إلى تدفق الحرارة الداخلية.
بالطبع، لا تعني هذه الأبحاث أن هناك محيطات فعلية من الماء في القلب - فالهيدروجين هناك سيكون مرتبطًا كيميائيًا بالمعادن في مراحل غريبة من المادة تحت ضغوط هائلة. لكن الكمية المعادلة من الهيدروجين - التي تعادل عشرات من محيطات سطح الأرض - تعطي إحساسًا بمدى حجم المخزون المتقلب للكوكب الذي قد يكون مخفيًا وغير قابل لأخذ عينات مباشرة.
بالنسبة للعلماء، تثير هذه النتائج أسئلة جديدة. كيف وصل الهيدروجين إلى هناك؟ كيف يتفاعل مع العناصر الأخرى بمرور الوقت؟ هل يمكن أن يتبادل ببطء مع الوشاح من خلال عمليات الوشاح العميق؟ هذه مجالات غنية للبحث المستقبلي، تربط بين الفيزياء المختبرية وعلوم الكواكب وتاريخ الأرض.
بالنسبة لبقية الناس، فإن هذا الاكتشاف يذكرنا بأن الأرض تحمل أسرارًا بعيدة تحت القشرة التي نسير عليها والبحار التي نبحر فيها. حتى على كوكب نسميه وطنًا، تشكل القوى غير المرئية والخزانات غير المرئية القصة الطويلة للماء والحرارة والحياة نفسها.
تنبيه حول الصور المرئيات تم إنشاؤها باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي وليست صورًا حقيقية.
المصادر • تقارير من أبحاث الجيوفيزياء وعلوم الكواكب التي تشير إلى أن الهيدروجين قد يكون وفيرًا في قلب الأرض. • تعليقات من علماء الأرض حول الآثار المترتبة على تخزين الماء والتمايز الكوكبي.