چگونه قطب‌های سرگردان زمین به جای اولشان بر‌می‌گردند؟

به گزارش سرويس علمي ايسنا، درک مکانيک حاکم بر انحراف قطبي بسيار مهم است چرا که يک تغيير مي‌تواند باعث کج شدن زمين به ميزان بيش از 50 درجه طي 10 تا 100 ميليون سال شود و اين امر باعث تغييرات ژرف زمين شناسي و زيست محيطي جهاني مي‌شود. زمين سرگردان؟ انحراف قطبي واقعي (TPW) با استفاده از حرکت نسبي بين جبه - و بنابراين سطح زمين - و محور چرخشي زمين يا محور اسپيني آن توضيخ داده مي‌شود. محققان بر اين باورند که بيش از يک ميليارد سال گذشته، سطح زمين شش بار کج شده و سپس دوباره به مکان اوليه در امتداد همان محور برگشته است که به آن انحراف قطبي واقعي نوساني گويند. دانشمندان با استفاده از مطالعه خاصيت مغناطيسي در سنگ‌ها - پالئومگنتيزم - به بررسي اين موضوع پرداخته اند. اگر سنگي در يک ميدان مغناطيسي خنک شود، ويژگي‌هاي مغناطيسي ميدان را در خود ثبت مي‌کند و اين مي‌تواند ميليون‌ها سال بعد در آزمايشگاه دوباره قابل شناسايي باشد؛ بنابراين با اندازه‌گيري تغييرات در جهت ميدان مغناطيسي زمين که در سنگ‌هاي باستاني ذخيره شده است، دانشمندان مي‌توانند تاثيرات انحراف قطبي نوساني را ببينند. تغييرات شديد جري ميترويسا از دانشکده علوم دانشگاه هاروارد مي‌گويد: «نظر ناظر روي زمين مي‌بيند که قطب تا 50 درجه تغيير مي‌کند و سپس به مکان اوليه آن طي ده‌ها ميليون سال برمي‌گردد. اما يک ناظر شناور در فضا به طور واقعي مي‌بيند که محور چرخشي زمين نسبتاً عمود مي‌ماند در حالي‌که سطح زمين کج شده و سپس به حالت اوليه بر‌مي‌گردد.» جاي تعجب نيست که اين تغييرات نسبتاً شديد و چشمگير مي‌تواند با تغييرات جهاني در تمام سيستم زمين در مقياس بزرگ مانند چرخه‌ي کربن، آب‌و‌هوا و حتي تکامل ارتباط داشته باشد. ميترويسا مي‌افزايد: «تغيير 50 درجه مي‌تواند بوستون (ماساچوست) را نزديک قطب شمال قرار دهد و اگر اين تغيير در جهت مخالف باشد، بوستون را مي‌تواند به نزديک خط استوا انتقال دهد.» اين به تنهايي خبر جديدي نيست. به نوشته وبگاه انجمن فيزيک، دانشمندان از انحراف قطبي و علت آن اطلاع داشتند. آن‌ها بر اين باورند که تغييرات اوليه قطب يا کج شدگي زمين به دليل جريان‌هاي بزرگ‌مقياس درون زمين است که همرفت جبه ناميده مي‌شود و مربوط به جريان‌هاي همرفتي حرارتي است که گرما را از مرکز زمين به سطح زمين انتقال مي‌دهند. اين همان پديده‌اي است که باعث رانش قاره‌اي و تکتونيک‌هاي صفحه‌اي مي‌شود؛ بنابراين همرفتي جبه تعادل چرخشي زمين را مختل مي‌کند و در نتيجه باعث تغيير در جهت‌گيري نسبي سطح جامد زمين و محور چرخشي آن مي‌شود. و دوباره وجود دارد ... آنچه که پژوهشگران فراموش کرده بودند، نظريه‌اي است که به طور واضح توضيح مي‌دهد چگونه و چرا قطب‌ها به مکان اوليه خود بر‌مي‌گردند. در کار جديد جسيکا کلورينگ، دانشجوي کارشناسي ارشد دانشکده علوم زمين و سيارات از دانشگاه هاروارد به همراه ميترويسا و همکارانش توضيح جديدي مي‌دهند. اين محققان با استفاده از شبيه‌سازي رايانه‌يي و مدل‌سازي مي‌گويند ترکيب دو مکانيزم، بازگشت قطب را به مکان اوليه به ارمغان مي‌آورد. مکانيزم اول مربوط به برآمدگي استوايي زمين مي‌شود. زمين يک کره‌ي کامل نيست بلکه کره اي است که در قطب‌ها پهن شده و در استوا برآمده مي‌شود؛ بنابراين مقدار شعاع زمين از مرکز تا استوا در مقايسه با مرکز تا قطب‌ها متفاوت است. اين شعاع در حدود 20 کيلومتر در خط استوا بزرگتر است. ميترويسا مي‌گويد: «برآمدگي زمين مقداري بزرگتر از آنچه که بايد مي‌باشد. اين برآمدگي اضافي براي ثبات چرخش زمين است.» او اين وضعيت را تشبيه مي‌کند به وزن سنگيني که در عمق يک کيسه بوکس پلاستيکي وجود دارد که به منظور برگرداندن کيسه به حالت عمودي آن هنگام مشت زدن به کار مي‌رود. به طور مشابه اگر زمين با خط استواي برآمده‌ي آن کج شود، دوباره خود به خود به حالت اول بر‌مي‌گردد؛ بنابراين اين کمربند جرم اضافي زمين اثر پايدار‌کنندگي دارد و باعث مي‌شود يک مکانيزم خود‌به‌خود، جهت چرخش صحيح زمين به وجود ‌آورد. مکانيزم دوم مربوط به قدرت صفحات تکتونيکي مي‌باشد. اگر سطح زمين نسبت به محور چرخشي آن کج شود، صفحات تکتونيکي مانند نوارهاي الاستيک، همه به يک اندازه‌ي کوچک تغيير شکل مي‌دهند. مشابه با نوارهاي الاستيک کشيده شده، اين صفحات نيز تمايل دارند به اندازه اوليه برگردند. اين تنش‌هاي الاستيک پايدار کننده در بازگشت نوساني قطب‌ها نقش دارند. سرنخي که در اين مورد ممکن است وجود داشته باشد، مربوط به وقايع نوسان قطبي گذشته مي‌باشد که به نظر مي‌رسد زماني اتفاق افتاده که قاره‌هاي زمين هنوز از هم جدا نشده و يک ابر‌قاره را تشکيل داده بودند. اين فرآيندي است که بارها در طي تاريخ زمين تکرار شده است. آخرين ابر‌قاره پانگي نام دارد که 200 ميليون سال قبل تشکيل شده بود. کارايي اثرات ترکيبي ميترويسا مي‌گويد تنها ترکيب اين دو اثر است که باعث بازگشت قطب‌ها به مکان اوليه‌شان مي‌شود. او مي‌گويد شايد هنوز ساير محققان در اين نظريه ترديد داشته باشند و تنها مطالعات بيشتر بر مبناي ميدان پالئومگنتيک مي‌تواند شواهد لازم را به وجود آورد. اين تحقيق در مجله Nature به چاپ رسيده است.