لماذا تمتلكُ الأرض مجالًا مغناطيسيًا؟

استمع على ساوندكلاود 🎧

بالرّغم من أنّ المجال المغناطيسيّ الأرضيّ مُشابه لحدٍ كبير للمجال المتولّد حول قضيب مغناطيسيّ إلاّ أننا يجب أن نعرف سبب تولّد هذا المجال. فلا يُمكن للمغانط الدائمة أن تتواجد في نواة الأرض نظراً لارتفاع درجات الحرارة هناك. نعلم كذلك بأنّ المجال المغناطيسيّ الأرضيّ موجودٌ منذ مئات ملايين السنين، ومع هذا لا يُمكننا أنّ نعزو وجود المجال المغناطيسيّ الأرضيّ لمجرد حدثٍ معين وقعَ في الماضي السحيق. لأن المجالات المغناطيسيّة تضمحلّ مع مرور الوقت، ويمكننا القول بأنّ المجال المغناطيسيّ الأرضيّ سيختفي خلال 15،000 عام قادم ما لم تكن هناك آلية تُعيد توليدهُ باستمرار.

وُضعت عدة فرضيات لتفسير الآليات التي تُولّدُ هذا المجال ولكن التفسير الوحيد الذي يَحظى بقبول واسع ويُعتبر معقولاً هو فرضية مشابهه لآلية الدينمو أو المولّد، وهي عبارة عن آلية يتمُ عبرها تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. ولفهم كيفية عمل الدينمو ضمن بُنية كوكب الأرض يجبُ علينا أولاً التعرف على بنية باطن كوكب الأرض.

يُعتقدُ بأنّ المجال المغناطيسيّ لكوكبِنا قد توّلّد عميقاً داخل نواة الكرة الأرضية. لم يَقُم أحد ما خلال تأريخ الأرض الحافل بالمغامرات الاستكشافية برحلةٍ اسطوريةٍ لمركزِ الأرض، مع هذا تمكّن عُلماء الفيزياء من تصوّر بُنية محتملة للكوكب، من خلال دراسة طريقة انتقال أمواج الزلازل عبر الكوكب. يَعتقد العُلماء أن مركز الأرض هو عبارة عن نواةٍ داخليةٍ صلبةٍ يبلغُ حجمُها ثلثي حجمِ القمرِ وتتكونُ بشكلٍ أساسيٍ من الحديد الّذي يرزح تحت درجات حرارة عالية للغاية مُشابهةً لحرارةِ سطح الشمس. لكن بالرغم من درجات الحرارة العالية هذه والتي تبلغ نحو 5،700 درجة مئوية، فإنّ الحديد في مركز الأرض ليس سائلًا. وذلك بفعل الضغط الشديد الذي تُولّدهُ الجاذبية الأرضية.

أما النواة الخارجية فهي عبارةٌ عن طبقةٍ تحيط بالنواة الداخلية، ويبلغُ سمكُها نحو 2،000 كم. تتكونُ من الحديد والنيكل بالإضافةِ لكمياتٍ صغيرةٍ من المعادنِ الأخرى. وبما أنّ الضغط هنا أقل مما هو عليه في النواةِ الداخليةِ فهذا يعني أنّ المعادنَ الموجودة هنا في حالةٍ سائلةٍ.

تُسبب الاختلافات في درجاتِ الحرارة والضغط وتركيب المواد داخل النواة الخارجية تيارات حملٍ حراري خلال المعادن المنصهرة. إذ تغطسُ الموادُ الباردة والكثيفة في حين ترتفعُ المواد الساخنة والأقل كثافةً، كما يُسَبب تأثير كوريوليس (Coriolis force) الناتج عن دوران الأرض دوامات دورانية منفصلة إضافية.

يُولّد تدفق الحديد السائل تيارات كهربائية تقوم بدورها بتوليد حقول مغناطيسية. تقوم المعادن المشحونة المارة عبر هذه المجالات بتوليد تيارات كهربائية خاصة بها، وهكذا تستمر هذه التيارات بالتعاقب ضمن حلقةٍ مكتفية ذاتياً تدعى "الدينمو الأرضي" (geodynamo) تقوم بتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقةٍ كهربائية.

وتُشير الدوامات المتصاعدة الناتجة عن تأثير كوريوليس بوضوح إلى أن الحقول المغناطيسية المُنفصلة الناتجة مرتبة معاً بنفس الاتجاه، لِتُشكّل مجتمعةً حقلًا مغناطيسيًّا واسعًا يُحيط بالكوكب.

شاهد هذا الفيديو بالضغط هنا

المصدر: هنا