چرا هسته زمین پس از میلیاردها سال سرد نمی‌شود؟

اما چرا آتش درون زمین بعد از میلیاردها سال سرد نشده و به این زودی‌ها هم قصد سرد شدن ندارد؟
برای پاسخ به این سوال نخست باید گفت که زمین ما ساختاری شبیه به پیاز دارد که در آن لایه‌‌ها روی هم قرار گرفته‌اند.

سطحی از زمین که روی آن راه می‌رویم پوسته نام دارد، بعد از این لایه که عمق‌اش تا ۳۰ کیلومتر می‌رسد گوشته قرار گرفته که عمدتا از سنگ جامد تشکیل شده است. اگر باز هم پاین‌تر برویم به هسته بیرونی می‌رسیم که در آن آهن مایع وجود دارد و در نهایت در پایین‌ترین سطح هسته درونی وجود دارد که از آهن جامد تشکیل شده است.

هر چه به عمق برویم، درجه حرارت بالاتر می‌رود تا جایی که بخش‌هایی از هسته دمایی به اندازه دمای سطح خورشید پیدا می‌کنند.

در حالی که دما در عمق ۱۰۰ کیلومتری حدود ۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد است، زمانی که به مرز بین گوشته و هسته بیرونی می‌رسیم دما به ۲۷۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. در مرز بین هسته‌های بیرونی و درونی، دما دو برابر می‌شود و تا ۶ هزار درجه سانتیگراد بالا می‌رود که رقمی معادل دمای سطح خورشید است.

این دما اگر روی زمین بود تقریباً همه‌چیز از فلزات و الماس گرفته تا خود انسان‌ها را بخار می‌کرد، اما از آنجایی که هسته در اعماق سیاره و در فشار بالایی قرار دارد، باعث می‌شود آهن خالصی که از آن تشکیل شده جامد باقی بماند. در واقع نقطه ذوب آهن که در حدود ۱۵۰۰ درجه است با افزایش فشار تغییر می‌کند و این ماده در دمای بالاتر هم تبدیل به مایع نمی‌شود.
 

این همه گرما از کجا می‌آید؟

هرچند خورشید ما و همه گیاهان و جانداران روی سطح زمین را گرم می‌کند، اما نور خورشید نمی‌تواند به داخل سیاره نفوذ کند و در نتیجه گرمای داخل زمین از خورشید سرچشمه نگرفته است. در عوض دو منبع دیگر برای گرمای داخلی زمین وجود دارد.

یکی گرمایی است که زمین در زمان شکل‌گیری در ۴.۵ میلیارد سال پیش به ارث برده است. زمین از فعل و انفعالات درون یک ابر گازی و در نتیجه برخوردها و ادغام‌های بی‌پایانی بین میلیاردها تکه سنگ و سیارک در فرآیندی ده‌ها میلیون ساله شکل گرفته است.

در طی این برخوردها مقدار زیادی گرما تولید شد که اگرچه مقداری از آن گرما در فضا از بین رفت، بقیه آن اما در داخل زمین محبوس شد و حتی امروز نیز بسیاری از آن باقی مانده است.

ساختار هسته زمین

منبع گرمای دیگر واپاشی ایزوتوپ‌های ناپایدار رادیواکتیو است که در هسته زمین پخش شده‌اند. ایزوتوپ های رادیواکتیو جریان ثابتی از انرژی را آزاد می کنند که به گرما تبدیل می‌شود. پتاسیم-۴۰، توریم-۲۳۲، اورانیوم-۲۳۵ و اورانیوم-۲۳۸ چهار ایزوتوپ رادیواکتیو هستند که درون زمین را گرم نگه می‌دارند.

برخی از این نام ها ممکن است برای شما آشنا به نظر برسند، نظیر اورانیوم ۲۳۵ که به عنوان سوخت در نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شود. اما باید گفت اگرچه این ایزوتوپ اورانیوم و همینطور برای مثال پتاسیم-۴۰ موجود در زمین تا حد زیادی از بین رفته‌اند، با این حال زمین در خطر تمام شدن منابع گرما نیست و توریم-۲۳۲ و اورانیوم-۲۳۸ کافی برای میلیاردها سال دیگر وجود دارد. 

در واقع نیمه عمر تمامی این مواد بیش از ۷۰۰ میلیون سال و برای مثال برای توریم ۱۴ میلیارد سال است، امری که باعث می‌شود آنها به این زودی تمام نشوند و زمین را در مقابل سرد شدن کامل هسته محافظت کنند.

این ایزوتوپ‌های آزادکننده انرژی همراه با هسته داغ و گوشته، گرما را برای حرکت صفحات فراهم می‌کنند و حرکت این صفحه‌ها است که در طول میلیون‌ها و میلیاردها سال خشکی‌ها و اقیانوس‌های جدید را می‌سازد. بدون گرمای داخلی زمین، صفحات حرکت نمی‌کردند و زمین به نحوی سرد می‌شد که دنیای ما احتمالاً غیرقابل سکونت بود.

علاوه بر این دو منبع اصلی، عوامل دیگری نیز می‌توانند به گرم نگه داشتن هسته زمین کمک کنند. برای نمونه چرخش زمین، ایجاد نیروی گریز از مرکز را در پی دارد که این امر به نوبه خود باعث گرم شدن هسته می‌شود. اصطکاک ناشی از حرکت صفحات زمین نیز خود از عوامل دیگر تولیدکننده گرما است.

اما شاید این سوال مطرح شود که چرا گرما در هسته می‌ماند و سریع به سطح زمین نمی‌رسد؟ دلیل حفظ گرما در هسته این است که تنها فرآیندهای انتقال گرما در آنجا، انتقال همرفتی و رسانش گرمایی است که دومی به خصوص فرآیند نسبتاً کندی است.

هسته زمین در نتیجه این انتقال گرما سرد می‌شود، اما محاسبات زمین‌شناسی نشان می‌دهد که هسته از ابتدای تشکیل تا کنون تنها ۲۵۰ درجه سرد شده و با نرخ سرد شدن امروزی، چیزی در حدود ۹۱ میلیارد سال دیگر طول می‌کد تا به صفر درجه برسد.