ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แวดวงวิทยาศาสตร์เริ่มมีงานศึกษาวิจัยหลายชิ้นมากขึ้น ที่เปิดเผยความลับของแก่นโลกชั้นใน (inner core) โครงสร้างปริศนาที่มนุษย์แทบจะไม่รู้จักเลยก่อนหน้านี้

.

ล่าสุดนักธรณีฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเทกซัส วิทยาเขตออสตินของสหรัฐฯ ค้นพบว่า โครงสร้างด้านในสุดของโลกที่เป็นลูกเหล็กนั้น อ่อนนุ่มปวกเปียกยิ่งกว่าที่เคยคิดกันไว้มาก

.

แก่นโลกชั้นในเป็นลูกเหล็กร้อนทรงกลมที่มีส่วนผสมของนิกเกิล (Ni) และแร่ธาตุอื่น ๆ ปะปนอยู่ด้วยเล็กน้อย แก่นโลกชั้นนี้มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1,220 กิโลเมตร ตรงส่วนผิวที่สัมผัสกับแก่นโลกชั้นนอกซึ่งเป็นโลหะหลอมเหลว มีอุณหภูมิสูงถึง 6,000 องศาเซลเซียส ร้อนแรงเทียบเท่ากับผิวด้านนอกของดวงอาทิตย์เลยทีเดียว

.

เนื่องจากส่วนในสุดของโลกมีอุณหภูมิและความดันมหาศาล ทำให้ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่า แก่นโลกชั้นในน่าจะอยู่ในสถานะของแข็งทั้งหมด โดยมีองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นอะตอมของธาตุเหล็กที่จัดเรียงตัวเป็นรูปทรงหกเหลี่ยม (hexagon) ซึ่งหกเหลี่ยมแต่ละชิ้นต่างสอดประสานกันเป็นโครงสร้างผลึกที่แข็งแกร่ง จนอะตอมของธาตุเหล็กทุกตัวถูกตรึงแน่นอยู่กับที่ ไม่สามารถจะขยับเขยื้อนไปไหนได้

.

อย่างไรก็ตาม ผลการตรวจสอบแก่นโลกชั้นในด้วยคลื่นสั่นสะเทือนจากแผ่นดินไหว (seismic wave) เมื่อปี 2021 เผยว่าแท้จริงแล้วองค์ประกอบของแก่นโลกชั้นในดูจะไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างสม่ำเสมอ โดยข้อมูลใหม่ทางธรณีวิทยาชี้ว่า อาจมีบางส่วนอ่อนนุ่มหรือมีของเหลวปะปนอยู่

.

ภาพจำลองโครงสร้างด้านในของโลกและสนามแม่เหล็กโลก

ทีมผู้วิจัยในตอนนั้นจึงสันนิษฐานว่า อาจมีเหล็กหลอมเหลวติดอยู่ในแก่นโลกชั้นในและยังคงไหลวนเวียนอยู่ หรืออาจเป็นเพราะสสารของแก่นโลกชั้นในไม่ได้มีสถานะเป็นของแข็งธรรมดาก็เป็นได้ โดยผลการศึกษาเมื่อปี 2022 ของสถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (CAS) ชี้ว่าเหล็กบางส่วนของแก่นโลกชั้นในไม่ได้เป็นทั้งของแข็งหรือของเหลว แต่เป็นเหล็กอัลลอยในสถานะ “ซูเปอร์ไอออนิก” (superionic state) ซึ่งเป็นสถานะกึ่งกลางระหว่างสองสถานะข้างต้น

.

ความพิเศษดังกล่าวทำให้แก่นโลกชั้นในมีเนื้อนิ่มกว่าที่ก้อนเหล็กแข็งล้วนควรจะเป็น ทั้งมีความหนาแน่นต่ำกว่าที่เคยคาดกันด้วย อย่างไรก็ตาม ผลวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร “โลกและวิทยาศาสตร์ว่าด้วยชั้นบรรยากาศและดาวเคราะห์” (Earth, Atmospheric and Planetary Sciences) เมื่อวันที่ 2 ต.ค. ที่ผ่านมา ได้ให้คำอธิบายอีกแนวทางหนึ่งที่ไขความกระจ่างว่า เหตุใดแก่นโลกชั้นในจึงอ่อนนิ่มปวกเปียกผิดปกติเช่นนี้

.

ดร.หลิน จุง ฝู ผู้นำทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยเทกซัสบอกว่า ได้จำลองสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูงเหมือนกับแก่นชั้นในของโลกในห้องปฏิบัติการ จากนั้นนำข้อมูลที่ได้ป้อนลงในแบบจำลองคอมพิวเตอร์ ซึ่งจะคำนวณและจำลองพฤติกรรมของอะตอมธาตุเหล็กในสภาพแวดล้อมแบบสุดขั้วดังกล่าว

.

ดร. หลิน จุง ฝู กับแบบจำลองโมเลกุลเหล็กที่แก่นชั้นในของโลก

ผลปรากฏว่าอะตอมของธาตุเหล็กที่แก่นโลกชั้นใน ไม่ได้ถูกตรึงแน่นอยู่กับที่เหมือนอนุภาคในสถานะของแข็งทั่วไป แต่สามารถเคลื่อนที่และวิ่งไปมาได้ ซึ่งตรงข้ามกับที่นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เคยคาดการณ์เอาไว้

.

แบบจำลองคอมพิวเตอร์ชี้ว่า อะตอมเหล่านี้เคลื่อนตัวเป็นกลุ่มก้อน และเข้าครอบครองตำแหน่งของอะตอมตัวอื่นในโครงสร้างผลึกรูปหกเหลี่ยมได้ โดยไม่ทำให้รูปทรงโดยรวมของผลึกต้องเสียไป เปรียบเสมือนบรรดาแขกที่มางานเลี้ยงอาหารค่ำสลับสับเปลี่ยนที่นั่งกัน โดยไม่ต้องเพิ่มหรือลดจำนวนเก้าอี้ที่มีอยู่นั่นเอง

.

“การเคลื่อนที่แบบรวมหมู่ของอะตอมเหล็ก ทำให้แก่นโลกชั้นในอ่อนนิ่มลงกว่าที่ควรจะเป็น ทั้งยังมีความทนทานต่อแรงเฉือน (shearing force) น้อยกว่าปกติด้วย ซึ่งนี่เป็นคำตอบว่า เหตุใดแก่นโลกที่เป็นลูกเหล็กจึงนุ่มนิ่มนัก” ดร. หลิน กล่าวอธิบาย “ความรู้เรื่องกลไกพื้นฐานนี้ จะนำเราไปสู่ความเข้าใจที่มากขึ้นเกี่ยวกับพลวัตและความเป็นมาของแก่นโลกในที่สุด”

ที่มา : BBC https://www.bbc.com/thai/articles/cq587pl909jo