«خيال علمي تقريباً»... العلماء يرجحون أن شكل اللب الداخلي للأرض يتغير

يُعدُّ اللب الداخلي هو الأكثر بُعداً وغموضاً من بين جميع طبقات الأرض (سي إن إن)
يُعدُّ اللب الداخلي هو الأكثر بُعداً وغموضاً من بين جميع طبقات الأرض (سي إن إن)
TT

«خيال علمي تقريباً»... العلماء يرجحون أن شكل اللب الداخلي للأرض يتغير

يُعدُّ اللب الداخلي هو الأكثر بُعداً وغموضاً من بين جميع طبقات الأرض (سي إن إن)
يُعدُّ اللب الداخلي هو الأكثر بُعداً وغموضاً من بين جميع طبقات الأرض (سي إن إن)

كشف العلماء الذين أعلنوا قبل بضعة أشهر فقط أن اللب الداخلي للأرض قد عكس دورانه مؤخراً، سراً جديداً حول أعمق أسرار كوكبنا... لقد حددوا تغييرات في شكل اللب الداخلي للأرض.

والطبقة الداخلية للأرض عبارةٌ عن كرة معدنية صلبة وساخنة محاطة بنواة خارجية معدنية سائلة. ولعقود من الزمن، شك علماء الكواكب في أن اللب الداخلي الصلب يتشوه مع مرور الوقت أثناء دورانه.

والآن، وجد الباحثون أول دليل على التغيرات التي حدثت خلال العشرين عاماً الماضية في شكل اللب الداخلي. وظهرت علامات تشوه النواة في موجات من الزلازل كانت قوية بما يكفي للوصول إلى مركز الأرض، وفق ما ذكرته شبكة «سي إن إن» الأميركية.

واستخدم فريق البحث البيانات نفسها حول الزلازل التي استُخدمت في دراسة أُجريت عام 2024 لحل جدل طويل الأمد حول دوران اللب الداخلي. ووجدوا أن اللب الداخلي كان يدور بسرعة أكبر من الأرض نفسها. ولكن ابتداءً من عام 2010 تقريباً، تباطأ دوران اللب الداخلي الصلب، ثم أصبح يدور في الاتجاه المعاكس.

«بُعد آخر للمناقشة»

تعتمد الدراسة الجديدة، التي نُشرت الاثنين في مجلة «Nature Geoscience» العلمية، على هذا الاكتشاف الذي تم باستخدام بيانات الزلازل التي تم جمعها من عام 1991 إلى عام 2023. وقد ساعدهم المجهود السابق للعلماء حول دوران النواة على تفسير الاختلافات في ارتفاع الموجات الزلزالية، وتعريفها كمؤشرات للتغيرات في سطح النواة الداخلية، كما أوضح الدكتور جون فيدال، أستاذ علوم الأرض بجامعة جنوب كاليفورنيا والمؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة.

وحسب فيدال، فإن حواف النواة الداخلية للأرض، التي تأخذ شكل الكرة، ربما تكون في الواقع مشوهة بارتفاع 100 متر أو أكثر في بعض الأماكن. وأفاد الباحثون بأن التغيرات في الشكل في القلب يمكن أن تحمل أدلة حول «القوى العميقة» داخل الأرض التي تزود غلافنا المغناطيسي بالطاقة، وهي الخطوط غير المرئية للطاقة المغناطيسية التي تحمي كوكبنا من «الطقس الشمسي والإشعاع القاتل».

وتدور النواة الداخلية للأرض بشكل مستقل عن النواة الخارجية السائلة وعن بقية الكوكب. وبدون هذه الحركة، «ستموت الأرض»، وتصبح أشبه بكوكب المريخ القاحل الذي فقد مجاله المغناطيسي منذ مليارات السنين.

وقال الدكتور يوشي ميازاكي، الأستاذ في قسم علوم الأرض والكواكب بجامعة روتجرز في نيوجيرسي: «تتطور الأرض على مقياس زمني جيولوجي، لذا فإن مراقبة التغيرات على مقياس زمني سنوي أمر مثير للاهتمام دائماً، لأنه يعزز فهمنا لديناميكيات النواة الداخلية».

وأضاف ميازاكي، الذي لم يشارك في البحث الجديد: «لقد ناقشت الدراسات السابقة بالفعل كيف تغير دوران النواة الداخلية خلال العقد الماضي، وتقدم هذه الدراسة منظوراً جديداً حول التغيرات غير الدورانية، مما يضيف بُعداً آخر للمناقشة».

«أشبه بالخيال العلمي»

من بين جميع طبقات الأرض، يعدُّ اللب الداخلي هو الأكثر بُعداً وغموضاً. ويبلغ حجم هذه الكرة الصلبة المكونة من الحديد والنيكل حوالي 70 في المائة من حجم القمر، ويبلغ نصف قطرها حوالي 759 ميلاً (1221 كيلومتراً).

وتصل درجات الحرارة في اللب الداخلي إلى 9800 درجة فهرنهايت (5400 درجة مئوية)، ويمكن أن يصل الضغط إلى أكثر من 3 ملايين مرة من متوسط ​​الضغط الجوي للأرض. وفي حين أن المراقبة المباشرة للب مستحيلة، فإن العلماء يدرسونها من خلال تحليل التغيرات في حجم وشكل الموجات الزلزالية أثناء مرورها عبر اللب.

ويقول فيدال: «إن تصور ما يحدث على سطح النواة الداخلية للأرض يشبه الخيال العلمي. إنه مكان مختلف تماماً عن حياتنا اليومية، حيث تختلف فتراته الزمنية ومواده وقوته المذهلة»، ورغم أن موقعاً واحداً فقط في النواة الداخلية للأرض أظهر علامات تشوه بين عامي 2004 و2008، فقد يكون هناك المزيد من المواقع التي لم يتم اكتشافها بعد، وفقاً لما ذكره الباحثون. وقال فيدال: «من الصعب معرفة ما إذا كنا ننظر إلى موقع شاذ أم طبيعي، ولكن من الممكن أن يكون هناك قدر من التشوه يحدث في كثير من الأحيان في العديد من الأماكن».

وقال البروفيسور هرفوي تكالتشيك من الجامعة الوطنية الأسترالية، الذي لم يشارك في الدراسة، إن هذه الدراسة تُقدم «مفهوماً مثيراً للاهتمام ينبغي استكشافه بشكل أكبر». وأضاف أن ذلك قد يسمح للعلماء «بإجراء تقديرات أكثر استنارة لبعض خصائص المواد المهمة، مثل لزوجة النواة الداخلية، وهي واحدة من الأمور الأكثر غموضاً في العلوم الحديثة»، وفق ما ذكرته هيئة الإذاعة البريطانية «بي بي سي».

وبمرور الوقت يتجمد اللب الخارجي السائل للأرض ليتحول إلى اللب الداخلي الصلب، ولكن الأمر سيستغرق مليارات السنين قبل أن يتحول إلى صلب تماماً. ومن المؤكد أن هذا يعني نهاية الحياة على الأرض، ولكن بحلول ذلك الوقت من المرجح أن تكون الشمس قد ابتلعت الكوكب بالفعل.


مقالات ذات صلة

الرائدان الأميركيان العالقان بمحطة الفضاء الدولية يعودان غداً إلى الأرض

العالم رواد فضاء عالقون في محطة «سبيس إكس» (أ.ب)

الرائدان الأميركيان العالقان بمحطة الفضاء الدولية يعودان غداً إلى الأرض

أعلنت وكالة الفضاء الأميركية (ناسا) أن رائدَي الفضاء الأميركيين العالقين منذ أكثر من 9 أشهر في محطة الفضاء الدولية، سيعودان إلى الأرض مساء الثلاثاء.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
الولايات المتحدة​ رواد فضاء يُحيّون بعضهم بعد التحام كبسولة «سبيس إكس» بمحطة الفضاء الدولية اليوم (أ.ب)

مركبة تحمل رواد فضاء بدلاء تتصل بمحطة الفضاء الدولية

أوصلت كبسولة تابعة لشركة «سبيس إكس» أربعة رواد فضاء إلى محطة الفضاء الدولية في ساعة مبكرة من صباح اليوم (الأحد) في مهمة تبادل طاقم تابعة لـ«ناسا».

«الشرق الأوسط» (واشنطن )
الخليج صورة لعملية إطلاق أول قمر اصطناعي بحريني من قاعدة فاندنبرغ الفضائية في ولاية كاليفورنيا (الشرق الأوسط)

نجاح إطلاق «المنذر» أول قمر اصطناعي بحريني بتقنيات مبتكرة

نجحت البحرين في إطلاق القمر الاصطناعي «المنذر»، أول قمر اصطناعي بحريني تم تصميمه وتنفيذه بأيدٍ بحرينية.

«الشرق الأوسط» (المنامة)
الولايات المتحدة​ منصة إطلاق «ستارشيب» قيد البناء في مركز كيندي الفضائي في فلوريدا (إ.ب.أ)

ماسك يعلن أنّ الصاروخ «ستارشيب» سينطلق إلى المريخ في نهاية 2026

أعلن مؤسس «سبايس إكس» إيلون ماسك، اليوم (السبت)، أن الصاروخ «ستارشيب» الضخم الذي تصنّعه الشركة سيُطلَق باتجاه المريخ في نهاية عام 2026.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
يوميات الشرق توثق هذه الخريطة خصائص الغبار الكوني من حولنا بتفاصيل غير مسبوقة (ماكس بلانك لعلوم الفلك)

بناء خريطة مفصلة للغبار الكوني في «​​درب التبانة»

نشر فلكيان، من معهد ماكس بلانك لعلم الفلك في ألمانيا، خريطة ثلاثية الأبعاد توثق خصائص الغبار الكوني من حولنا بتفاصيل غير مسبوقة.

«الشرق الأوسط» (القاهرة )

ثورة في جراحة العظام: كيف تحسّن «الغرسات المطبوعة» زراعة المفاصل؟

تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)
تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)
TT

ثورة في جراحة العظام: كيف تحسّن «الغرسات المطبوعة» زراعة المفاصل؟

تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)
تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد حققت قفزات متوالية في مجال جراحة العظام (جامعة برنو للتكنولوجيا)

مع التطور السريع في تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، شهد قطاع الرعاية الصحية تحولاً جذرياً في تصنيع الغرسات الطبية، لا سيما في جراحة العظام واستبدال المفاصل.

وتتيح هذه التقنية إنتاج غرسات مخصصة تتناسب مع البنية التشريحية لكل مريض، مما يعزّز الراحة ويُسرّع عملية الشفاء. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات تتعلّق بمتانة المواد المستخدمة وتجانس خصائصها الميكانيكية، وهذا قد يؤثر في كفاءة وأمان هذه الغرسات على المدى الطويل.

تطوير صيني

في هذا السياق، توصل فريق بحثي من مختبر مواد «سونغشان ليك» في الصين إلى تطوير أول ركبة اصطناعية في العالم مصنوعة بالكامل بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد بالليزر التي حصلت رسمياً على موافقة إدارة المنتجات الطبية الوطنية في الصين بصفتها جهازاً طبياً مبتكراً. وركز الفريق في دراسته على تحسين قوة وثبات سبائك «الكوبالت-الكروم-الموليبدينوم» (CoCrMo) المستخدمة في زراعة المفاصل، التي تُصنَّع باستخدام تقنية الانصهار بالليزر، وهي إحدى طرق الطباعة ثلاثية الأبعاد التي تتيح تصنيع هياكل دقيقة ومخصصة للمرضى.

غير أن هذه التقنية تُنتج مواد ذات بنية متباينة الخصائص الميكانيكية، حيث أظهرت الاختبارات الأولية أن الغرسات كانت أكثر مرونة في اتجاه معين مقارنة بآخر، مما يؤدي إلى تفاوت في القوة الهيكلية ويؤثر في أدائها الطبي.

لمعالجة هذه المشكلة، طبّق الفريق عملية معالجة حرارية من خطوتَيْن، الأولى تضمّنت تسخين المادة إلى 1150 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة، ثم تبريدها سريعاً بالماء؛ مما أدى إلى إعادة تبلور الحبيبات المعدنية وتحسين انتظام بنيتها، أما الأخرى فشملت إعادة تسخين المادة إلى 450 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة؛ مما عزّز توازن الخصائص الميكانيكية، وقضى على التباين بين الاتجاهات المختلفة في المادة.

وبعد تطبيق هذه المعالجة الحرارية، أظهرت الاختبارات تحسّناً ملحوظاً في قوة الغرسات ومرونتها، حيث تساوت تقريباً قيم الاستطالة القصوى في جميع الاتجاهات. كما ساعدت هذه العملية في التخلص من العيوب البنيوية وتكوين حبيبات متجانسة، وهذا ما عزّز مقاومة الغرسات للتآكل والإجهاد الميكانيكي. ونُشرت النتائج في عدد 4 مارس (آذار) 2025 من دورية «Materials Futures».

تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد ساهمت في تحسين نتائج جراحات العظام (مستشفى تامبا العام بالولايات المتحدة)

غرسات مخصصة

يقول الباحث الرئيسي للدراسة من مختبر مواد «سونغشان ليك» في الصين، الدكتور تشانغوي سونغ، إن الطباعة ثلاثية الأبعاد تتيح تصنيع غرسات طبية مخصصة وفقاً للقياسات التشريحية الدقيقة لكل مريض، مما يعزّز التوافق مع العظام ويقلّل المضاعفات.

وأضاف لـ«الشرق الأوسط» أن تقنية الانصهار بالليزر تتيح التحكم الدقيق في البنية المجهرية، ما يسمح بتكوين هياكل معقّدة يصعب تحقيقها بطرق التصنيع التقليدية مثل الصب أو التشكيل. كما توفّر كفاءة إنتاجية أعلى من خلال تسريع عمليات التصنيع وتقليل الفاقد من المواد، مقارنة بالأساليب التقليدية.

ونوه بأن الغرسات الجديدة تتمتع بمتانة وموثوقية أعلى، مما يقلّل من مخاطر الكسر أو الفشل في أثناء الاستخدام المطوّل. كما أن تحسين بنية المعدن يُسهم في توزيع الإجهادات بالتساوي، ما يجعل الغرسة أكثر قدرة على تحمّل الضغوط المختلفة بكفاءة أكبر، وهذا يقلّل الحاجة إلى عمليات استبدال متكررة. كما يساعد التصميم المخصص والهيكل المحسّن على تقليل الالتهابات والرفض المناعي، مما يسرّع تعافي المرضى بعد الجراحة.

وتوقّع سونغ أن تُحدث الطباعة ثلاثية الأبعاد تحولاً كبيراً في تصنيع الغرسات العظمية، إذ تتيح إنتاج غرسات مخصصة بدقة تتناسب مع البنية العظمية لكل مريض. ومستقبلاً، قد يؤدي دمج المواد الحيوية مع الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى تطوير غرسات تتكامل مع أنسجة الجسم بشكل طبيعي.

قفزات تقنية

وحقّقت الطباعة ثلاثية الأبعاد قفزات متوالية في مجال جراحة العظام. ففي أكتوبر (تشرين الأول) 2024، طوّر باحثون من جامعة تكساس في دالاس تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد منخفضة التكلفة، لإنشاء نماذج واقعية لعظم الفخذ لدى البشر، يمكن أن تساعد الأطباء في التحضير للعمليات الجراحية لإصلاح العظام وتطوير علاجات لأورام العظام.

وتهدف هذه التقنية إلى توفير بديل أقل تكلفة وأسرع للاختبارات البيوميكانيكية، مقارنة بالعظام الاصطناعية التقليدية أو العظام المتبرع بها. وتتكوّن النسخة المطبوعة من حمض «البولي لاكتيك»، وهو بوليمر حيوي منخفض التكلفة وقابل للتحلل، يتميز بخصائص بيوميكانيكية مماثلة للعظام البشرية، حيث تبلغ تكلفة كل نسخة نحو 7 دولارات فقط. كما أشار الباحثون إلى إمكانية استخدام هذه العظام المطبوعة في إصلاح العظام أو اختبار علاجات الأورام، بل ربما في زراعة أنسجة عظمية بشرية مستقبلاً.

كما طوّر فريق بحثي من جامعة واترلو الكندية في أغسطس (آب) 2024، مادة جديدة تحاكي خصائص أنسجة العظام، مما يفتح المجال لاستخدامها في الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنتاج رقع عظمية مخصصة للمرضى الذين يحتاجون إلى ترميم أو جراحة إعادة بناء العظام.

وتوفّر هذه التقنية بديلاً مبتكراً للغرسات المعدنية والعظام المتبرع بها التي قد لا تتناسب تماماً مع تشريح المريض أو قد يرفضها الجسم. وتتكون المادة الجديدة من مركب نانوي حيوي يتمتع بقوة ميكانيكية عالية وقابلة للطباعة، مع إمكانية تحوله لاحقاً إلى نسيج عظمي طبيعي داخل الجسم؛ مما قد يقلّل من الحاجة إلى عمليات جراحية متكررة.

وكان فريق من جامعة نيو ساوث ويلز في سيدني بأستراليا، نجح في يناير (كانون الثاني) 2021، في تطوير حبر حيوي يمكن استخدامه في الطباعة ثلاثية الأبعاد للعظام مباشرة داخل جسم المريض، دون الحاجة إلى درجات حرارة عالية أو مواد كيميائية قاسية. يعتمد هذا الابتكار، المسمى «COBICS»، على طباعة مادة فوسفات الكالسيوم الحيوية التي تتحول إلى مصفوفة نانوية مسامية تحاكي بنية العظام الطبيعية عند وضعها في حمام هلامي بدرجة حرارة الجسم. وقد أظهر الحبر توافقاً حيوياً عالياً، حيث استطاعت الخلايا الالتصاق به والتكاثر بنسبة نجاح بلغت 95 في المائة بعد الطباعة.

ووفق الباحثين، يمثّل هذا النهج تقدماً كبيراً في إصلاح العظام التالفة بسبب الإصابات أو السرطان. ويُجري الفريق حالياً اختبارات لتقييم قدرة الطباعة على إصلاح الجروح العظمية الكبيرة، ويخطط للتعاون مع الجراحين وأطباء الأسنان لاستكشاف التطبيقات الطبية لهذه التقنية.