🔘 هسته داخلی زمین می‌تواند پر از هیدروژن فوق‌العاده شدیدی باشد که با هیچ‌چیز در سطح زمین قابل مقایس…

🔘 هسته داخلی زمین می‌تواند پر از هیدروژن فوق‌العاده شدیدی باشد که با هیچ‌چیز در سطح زمین قابل مقایسه نیست🌌 (اعتبار تصویر: Rost-9D/iStock/Getty Images Plus)¹★ زمین شبیه به یک عروسک ماتریوشکای صخره‌ای و مذاب در مرکز است – یا شاید مانند یک پیاز فاسد با مرکزی نرم، اگرچه قیاس دوم شایستگی کمتری به سیاره باصلابت ما می‌بخشد.²★ اگرچه تنها چند ده نفر (به طور دقیق ۳۹ نفر) به عمیق‌ترین اعماق اقیانوس یا سطح ماه رسیده‌اند، اما یک محیط بیگانه نسبتاً نزدیک وجود دارد که هیچ انسانی هرگز شخصاً آن را کاوش نخواهد کرد: هسته زمین.³★ با نزدیک شدن به آن، هر لایه زمین از نظر ترکیب متفاوت است و فشار و دما افزایش می‌یابد و خواص ماده منحصر‌به‌فردی را به نمایش می‌گذارد که هرچه عمیق‌تر می‌شویم، مبهم‌تر می‌شوند.⁴★ بنابراین در یک مطالعه جدید، پژوهشگران عجیب‌ترین مورد از این مواد را بررسی کردند: «هیدروژن ابریاخته‌ای» (Superionic Hydrogen)، نسخه‌ای فرازمینی و عجیب از هیدروژن که مانند مایع جاری می‌شود، برق را هدایت می‌کند و تنها در مفرط‌ترین و شدیدترین شرایط یافت می‌شود.⁵★ آنچه آن‌ها دریافتند این است که این هیدروژن ابریاخته‌ای می‌تواند در واقع در هسته سیاره ما فراوان باشد، اگرچه در هیچ جای دیگر روی زمین یافت نمی‌شود.⁶★ برای درک بهتر این شکل نوظهور و ناشناخته از عنصر، از جمله ترمودینامیک وجود آن و توزیع کلی هیدروژن در هسته، پژوهشگران سه نوع از آن را مدل‌سازی کردند.⁷★ این شامل دو نوع آلیاژ هیدروژن-آهن ابریاخته‌ای بود که شامل جریان هیدروژن در شبکه‌های کریستالی آهن است که به روش‌های مختلف چیده شده‌اند.⁸★ اولین مورد، آرایش «شش‌گوشه فشرده» (HCP - Hexagonal Close-Packed) است:🌌 هسته داخلی زمین ممکن است از فاز شش‌گوشه فشرده (HCP) آهن تشکیل شده باشد. (اعتبار تصویر: Ehime University)▪️ دومین ساختار هیدروژن-آهن ابریاخته‌ای به عنوان آرایش «مکعبی مرکزپر» (BCC - Body-Centered Cubic) شناخته می‌شود:🌌 یک ساختار مکعبی مرکزپر دارای یک اتم در مرکز بدنه مکعب است. (اعتبار تصویر: Callister/Rethwisch 5e)⁹★ اما کدام شکل در اعماق جهنمی، داغ و خردکننده هسته آشفته ما غلبه دارد؟ شاید هیچ‌کدام، و هسته شامل یک مخلوط مذاب و آشفته است که در آن هم آهن و هم هیدروژن آزادانه جاری می‌شوند.¹⁰★ پژوهشگران محاسبه کردند که فاز BCC هیدروژن ابریاخته‌ای دارای انرژی آزاد بالاتر (یا انرژی بیشتری برای انجام کار فیزیکی) است و بنابراین پایداری کمتری داشته و واکنش‌پذیرتر از فاز HCP است.¹¹★ در مقابل، به نظر می‌رسد فاز HCP هیدروژن ابریاخته‌ای پایداری ترمودینامیکی بیشتری را نشان می‌دهد.¹²★ مدل‌سازی نشان می‌دهد که با مفرط‌تر شدن شرایط، یک تغییر در پایداری رخ می‌دهد. از نظر نظری، فاز BCC ممکن است زمانی که دما از ۶,۴۰۰ کلوین (۶,۱۰۰ درجه سانتی‌گراد یا ۱۱,۰۰۰ درجه فارنهایت) فراتر رود و محتوای هیدروژن در فشار ۳.۶ میلیون اتمسفر از ۲۰ درصد بیشتر شود، پایدارتر از فاز HCP شود—شرایطی که واقعاً مفرط است.¹³★ شاید بیش از حد مفرط باشد، زیرا غلبه BCC ممکن است از نظر عملی امکان‌پذیر نباشد، زیرا شرایط شدید می‌تواند آن را فقط به یک یخ‌در‌بهشت آهنی آذرین ذوب کند.¹⁴★ در نتیجه، پژوهشگران دریافتند که احتمال بیشتری وجود دارد که ساختار HCP در هسته داخلی زمین نفوذ کرده و غالب باشد.¹⁵★ پژوهشگران می‌گویند: «محاسبات ما نشان می‌دهد که هیدروژن می‌تواند یک فاز BCC ابریاخته‌ای را در دما و محتوای هیدروژن به اندازه کافی بالا پایدار کند.»¹⁶★ «با این حال، این حوزه پایداری جای خود را به ذوب شدن می‌دهد، بنابراین تنها فاز HCP ابریاخته‌ای با مایع در سیستم آهن-هیدروژن (Fe–H) همزیستی دارد.»¹⁷★ از نظر کل هیدروژن، به نظر می‌رسد یک شیب غلظت شعاعی در هسته داخلی وجود دارد، به‌طوری‌که ترکیب هیدروژن هنگام عبور از مرز هسته خارجی زمین و حرکت به سمت مرکز هسته داخلی «به شدت افت می‌کند».🌌 شیب غلظت هیدروژن در هسته داخلی. رنگ قرمز نشان‌دهنده غلظت بالاتر هیدروژن ابریاخته‌ای در مناطق بیرونی هسته در مقایسه با غلظت‌های پایین‌تر (زرد) در اعماق بیشتر است. (اعتبار تصویر: Wu et al., PNAS, 2026)¹⁸★ این شیب شعاعی هیدروژن ممکن است هیدروژن ابریاخته‌ای را به سمت مرز هسته داخلی سوق دهد، جایی که وضعیت ابریاخته‌ای خود را از دست می‌دهد و دوباره به یک مخلوط مایع تبدیل می‌شود تا هسته خارجی را غنی کند.¹⁹★ این نتیجه نشان می‌دهد که تبادل هیدروژن بین هسته داخلی و خارجی محدود به جداسازی مستقیمی نیست که هنگام تبلور هسته داخلی رخ می‌دهد.²⁰★ این تبادل همچنین از طریق بازتوزیع مداوم هیدروژن ابریاخته‌ای رخ می‌دهد، به‌طوری‌که هسته داخلی با نرخ ۱ میلی‌متر در سال به رشد خود ادامه می‌دهد.