على عمق 2900 كم تحت سطح الأرض، يؤدي دوران الحديد السائل في اللب الخارجي للأرض إلى توليد المجال المغناطيسي الوقائي لكوكبنا.

وهذا المجال المغناطيسي غير مرئي ولكنه حيوي للحياة على سطح الأرض لأنه يحمي الكوكب من الرياح الشمسية، وهي تيارات الإشعاع من الشمس.

وقبل نحو 565 مليون سنة، انخفضت شدة المجال المغناطيسي إلى 10% من قوته اليوم. ثم، في ظروف غامضة، ارتد المجال المغناطيسي مرة أخرى، واستعاد قوته قبل الانفجار الكمبري للحياة متعددة الخلايا على الأرض.

ما الذي تسبب في ارتداد المجال المغناطيسي؟

وفقا لبحث جديد أجراه العلماء في جامعة روتشستر، حدث هذا التجديد في غضون بضع عشرات الملايين من السنين، وهو ما يعد سريعا وفقا للمقاييس الزمنية الجيولوجية.

وتزامن مع تكوين اللب الداخلي الصلب للأرض، ما يشير إلى أن اللب من المحتمل أن يكون سببا مباشرا لهذا التجديد.

ويقول جون تاردونو، أستاذ الجيوفيزياء في قسم علوم الأرض والبيئة، وعميد أبحاث الفنون والعلوم والهندسة في روتشستر: "اللب الداخلي مهم للغاية. قبل أن يبدأ اللب الداخلي بالنمو مباشرة، كان المجال المغناطيسي على وشك الانهيار، ولكن بمجرد أن بدأ اللب الداخلي بالنمو، وقع تجديد المجال المغناطيسي".

وحدد العلماء عدة تواريخ رئيسية من تاريخ اللب الداخلي، بما في ذلك تقدير أكثر دقة لعمرها. ويقدم البحث، المنشور في مجلة Nature Communications، أدلة حول التاريخ والتطور المستقبلي للأرض وكيف أصبحت كوكبا صالحا للسكن، بالإضافة إلى تطور الكواكب الأخرى في النظام الشمسي.

تتكون الأرض من طبقات: القشرة حيث توجد الحياة - الوشاح، طبقة الأرض السميكة - اللب الخارجي المنصهر - اللب الداخلي الصلب، والذي يتكون بدوره من قلب داخلي وخارجي ونواة داخلية أعمق.

وينشأ المجال المغناطيسي للأرض في قلبها الخارجي، حيث يتسبب دوران الحديد السائل في حدوث تيارات كهربائية، ما يؤدي إلى ظاهرة تسمى الجيودينامو التي تنتج المجال المغناطيسي.

وبسبب علاقة المجال المغناطيسي بلب الأرض، حاول العلماء منذ عقود تحديد كيفية تغير المجال المغناطيسي للأرض ولبّها طوال تاريخ الكوكب.

ولا يمكن قياس المجال المغناطيسي بشكل مباشر بسبب الموقع ودرجات الحرارة القصوى للمواد في اللب.

ولحسن الحظ، تحتوي المعادن التي ترتفع على سطح الأرض على جزيئات مغناطيسية صغيرة تثبت في اتجاه وكثافة المجال المغناطيسي في الوقت الذي تبرد فيه المعادن من حالتها المنصهرة.

ولتحديد عمر ونمو اللب الداخلي بشكل أفضل، استخدم تاردونو وفريقه ليزر ثاني أكسيد الكربون وجهاز التداخل الكمومي فائق التوصيل (SQUID) في المختبر لتحليل بلورات الفلسبار من الصخر الأنورثوسيت، والتي تحتوي على إبر مغناطيسية دقيقة بداخلها، وتعد بذلك "مسجلات مغناطيسية مثالية".

ومن خلال دراسة المغناطيسية المحبوسة في البلورات القديمة - وهو مجال يُعرف باسم المغناطيسية القديمة، حدد الباحثون تاريخين مهمين جديدين في تاريخ اللب الداخلي:

-قبل 550 مليون سنة: الوقت الذي بدأ فيه المجال المغناطيسي في التجدد بسرعة بعد ما يقارب 15 مليون سنة من الانهيار قبل ذلك. ويعزو الباحثون التجديد السريع للمجال المغناطيسي إلى تكوين قلب داخلي صلب يعيد شحن اللب الخارجي المنصهر ويعيد قوة المجال المغناطيسي.

-قبل 450 مليون سنة: الوقت الذي تغير فيه هيكل اللب الداخلي المتنامي، ما يشير إلى الحد الفاصل بين اللب الداخلي والخارجي. وتتزامن هذه التغييرات في اللب الداخلي مع التغييرات في نفس الوقت تقريبا في بنية الوشاح العلوي، بسبب تكتونية الصفائح على السطح.

ويشرح تاردونو: "نظرا لأننا قيدنا عمر النواة الداخلية بشكل أكثر دقة، يمكننا استكشاف حقيقة أن النواة الداخلية الحالية تتكون في الواقع من جزأين. حركات الصفائح التكتونية على سطح الأرض أثرت بشكل غير مباشر على اللب الداخلي، وتاريخ هذه الحركات مطبوع بعمق داخل الأرض في بنية اللب الداخلي".

تجنب مصير يشبه المريخ

إن الفهم الأفضل لديناميكيات ونمو اللب الداخلي والمجال المغناطيسي له آثار مهمة، ليس فقط في الكشف عن ماضي الأرض والتنبؤ بمستقبلها، ولكن أيضا في كشف الطرق التي قد تُشكل بها الكواكب الأخرى دروعا مغناطيسية والحفاظ على الظروف اللازمة لإيواء الحياة .

ويعتقد الباحثون أن المريخ، على سبيل المثال، كان له مجال مغناطيسي ذات مرة، لكن هذا المجال تبدد، ما جعل الكوكب عرضة للرياح الشمسية والسطح دون محيطات.

وفي حين أنه من غير الواضح ما إذا كان غياب المجال المغناطيسي سيؤدي إلى مواجهة الأرض نفس المصير، فإنه بحسب الباحثين "من المؤكد أن كوكبنا كان سيفقد الكثير من الماء إذا لم يتم تجديد المجال المغناطيسي للأرض. وسيكون كوكبنا أكثر جفافا وسيختلف كثيرا عما هو عليه اليوم".

وفي ما يتعلق بتطور الكواكب، يؤكد البحث على أهمية الدرع المغناطيسي وآلية للحفاظ عليه، كما يقول تاردونو.

وأشار: "يسلط هذا البحث الضوء حقا على الحاجة إلى وجود شيء مثل اللب الداخلي المتنامي الذي يحافظ على مجال مغناطيسي طوال العمر - عدة مليارات من السنين - لكوكب".