انسان تا چه عمقی در زمین نفوذ کرده است؟

فیلم‌ها، کتاب‌ها و مجموعه‌های تلویزیونی زیادی درباره آنچه ممکن است در مرکز سیاره ما نهفته باشد، نوشته و ساخته شده است.

از جهان‌های زیرزمینی با موجودات ماقبل تاریخ گرفته تا تمدن‌های انسانی جایگزین، این داستان‌ها هم‌زمان جذاب و هراس‌آورند.

اما با وجود آن‌که هرگز تا اعماق زمین پایین نرفته‌ایم، اطلاعات زیادی درباره آنچه زیر پای ما قرار داد، در دست داریم و می‌دانیم که واقعیت با خیال‌پردازی‌ها تفاوت زیادی دارد.

انسان تا چه عمقی توانسته پیش برود و از کجا می‌دانیم آن پایین چه خبر است؟

لایه‌های زمین

به طور کلی، زمین از چهار لایه اصلی تشکیل شده است.

به گفته آنا فریرا، استاد لرزه‌شناس در کالج دانشگاهی لندن، هر یک از این لایه‌ها ویژگی‌های خاص خود را دارند.

او به برنامه «قفس میمون نامتناهی» در رادیو ۴ بی‌بی‌سی گفت: «اولین لایه پوسته زمین است؛ لایه‌ای بسیار نازک و شکننده که همه ما روی آن زندگی می‌کنیم.»

پوسته زمین در زیر اقیانوس‌ها نازک‌تر است، اما در زیر قاره‌ها ممکن است تا ۷۰ کیلومتر ضخامت داشته باشد.

زیر پوسته زمین، گوشته (جبه) قرار دارد؛ لایه‌ای با حدود ۳ هزار کیلومتر ضخامت که از مواد گداخته‌ای به نام ماگما (تفتال) تشکیل شده که در واقع حالتی نیمه‌جامد دارند.

با آن‌که در بازه‌های قابل درک برای انسان، این مواد جامد به نظر می‌رسند، اما به گفته خانم فریرا «در مقیاس میلیون‌ها سال، این ماده در واقع جریان پیدا می‌کند».

پس از آن، هسته بیرونی قرار دارد که عمدتا از آهن و نیکل مایع تشکیل شده و میدان مغناطیسی زمین را تولید می‌کند.

در مرکز زمین نیز هسته درونی قرار دارد که از آهن و نیکل جامد تشکیل شده و داغ‌ترین بخش زمین است؛ با دمایی که به ۵۵۰۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد.

نفوذ به بخش «فوق عمیق» زمین

عمیق‌ترین نقطه‌ای که انسان تاکنون به صورت فیزیکی به آن رسیده، معدن طلای امپوننگ در آفریقای جنوبی است که در ۷۵ کیلومتری جنوب غرب ژوهانسبورگ است و تا عمق تقریبی ۴ کیلومتر زیر سطح زمین امتداد یافته است.

با وجود آن‌که انسان پایین‌تر از این عمق نرفته، اما با استفاده از دستگاه‌های حفاری به اعماق بیشتری نفوذ کرده‌ است.

عمیق‌ترین حفره ساخته‌شده به دست بشر «چاه فوق عمیق کولا» است که در زمان اتحاد جماهیر شوروی در شمال روسیه حفر شد و کار ساخت آن در سال ۱۹۹۲، پس از نزدیک به ۲۰ سال، به پایان رسید. عمق این چاه به ۱۲/۲ کیلومتر می‌رسد.

این عمق معادل ۲۷ ساختمان امپایر استیت نیویورک است که روی هم قرار گرفته باشند، با این حال هنوز تنها حدود یک‌سوم از ضخامت پوسته زمین در آن منطقه را شکافته است.

حفاری در اعماق پوسته زمین به دلایل متعدد بسیار دشوار است.

هرچه به عمق بیشتری می‌رویم، دما بالاتر می‌رود.

به گفته کریس جکسون، زمین‌شناس بریتانیایی، نرخ این افزایش دما «گرادیان زمین‌گرمایی» نامیده می‌شود که میانگین آن در پوسته قاره‌ای، ۲۵ تا ۳۲ درجه سانتی‌گراد به ازای هر کیلومتر است.

فشارهای عظیم در اعماق زمین نیز چالش بزرگی ایجاد می‌کند.

آقای جکسون می‌گوید مقابله با این فشار برای باز نگه داشتن یک چاه حفاری «کار فوق‌العاده دشواری» است.

اسکن زمین

پس اگر امکان نفوذ چندانی به اعماق زمین نداریم، چگونه می‌توانیم ساختار و بخش‌های دیگر درون زمین را بررسی کنیم؟

پاسخ این پرسش جالب است: امواج لرزه‌ای.

این امواج، ارتعاش‌هایی هستند که در اثر زمین‌لرزه‌ها ایجاد می‌شوند که در دل زمین حرکت می‌کنند.

این امواج هنگام عبور از مواد مختلف، ویژگی‌های متفاوتی پیدا می‌کنند و این تغییرات با دستگاه‌هایی به نام لرزه‌نگار اندازه‌گیری می‌شود.

خانم فریرا می‌گوید: «ما تحلیل‌های داده‌ای پیشرفته و مدل‌سازی‌هایی انجام می‌دهیم تا این ثبت‌های لرزه‌ای را به تصاویری از اعماق زمین تبدیل کنیم.»

کریس جکسون این تصاویر را شبیه «سی‌تی‌ اسکن‌هایی از زمین» توصیف می‌کند.

هر دو کارشناس معتقدند مطالعه لایه‌های زمین به ما کمک می‌کند چیزهای زیادی درباره جهان زیر پایمان بفهمیم؛ از فرایندهای منجر به ایجاد زمین‌لرزه‌ها و آتشفشان‌ها گرفته تا نحوه شکل‌گیری کوه‌ها.

خانم فریرا می‌گوید: «در نهایت، درک چگونگی عملکرد گوشته زمین کلید اصلی معماست.»

به گفته او، این دانش می‌تواند کاربردهای غیرمستقیم مهمی داشته باشد؛ از جمله کمک به درک بهتر ظرفیت انرژی زمین‌گرمایی، که نوعی انرژی تجدیدپذیر مبتنی بر گرمای درون زمین است.

او همچنین می‌گوید این حوزه پژوهشی گاهی ماهیتی اکتشافی دارد، چرا که به ما در فهم چگونگی تکامل زمین در طول زمان کمک می‌کند و شاید حتی بتوان این یافته‌ها را به جهان‌های دوردست هم تعمیم داد.

خانم فریرا این سوال را مطرح می‌کند: «آیا می‌توان از این فهم برای شناخت سیارات دیگر هم استفاده کرد؟»