یک الماس نادر محیط پُر آب اعماق زمین را آشکار کرد

۶ مهر ۱۴۰۱ | ۱۴:۳۱ ۶ مهر ۱۴۰۱ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۴ دقیقه
طرحی گرافیکی از الماس در یک محیط هیدراته

بررسی یک الماس برآمده از اعماق زمین، نشان می‌دهد که محیطی که در آن شکل گرفته می‌تواند مملو از آب باشد.

در اعماق غیرقابل دسترسی زمین، فرآیندهای مرموزی مشغول آسیاب کردن و چرخاندن مواد هستند و هر از گاهی زمین سرنخ‌هایی از ماهیت این فرآیندها را در اختیار بشر قرار می‌دهد: الماس‌های کوچک زیرزمینی که توده‌هایی از مواد معدنی کمیاب را درون خود دارند و با کمک آن‌ها می‌توان اطلاعاتی درباره‌ی محیط داخلی سیاره به‌دست آورد.

الماسی که به‌تازگی در یک معدن الماس در «بوتسوانا» (Botswana) کشف شده است، چنین ویژگی‌هایی دارد. این قطعه مملو از موادی مانند «رینگ‌وودیت» (Ringwoodite)، «فروپریکلاز» (Ferropericlase)، «انستاتیت» (Enstatite) و سایر مواد معدنی است که نشان می‌دهد در ۶۶۰ کیلومتری زیر سطح زمین تشکیل شده است.

وجود این مواد هم‌چنین نشان می‌دهد که محیطی که الماس در آن شکل گرفته است، یعنی شکاف بین گوشته‌ی بالایی و پایینی که به نام ناپیوستگی ۶۶۰ کیلومتری یا «منطقه‌ی انتقال» (Transition Zone) شناخته می‌شود، سرشار از آب است.

تیمی از پژوهشگران به سرپرستی فیزیکدان معدنی «تینگ‌تینگ گو» (Tingting Gu) از مؤسسه‌ی گوهرشناسی نیویورک و دانشگاه پوردو با مقاله‌ای در نشریه‌ی «نیچر جئوساینس» (Nature Geoscience) درباره‌ی این نتایج اعلام کردند: «ظاهر رینگ‌وودیت همراه با فازهای آب‌دار، محیط مرطوب را در این مرز نشان می‌دهد.»

اگرچه بیشتر سطح زمین پوشیده از اقیانوس است اما با در نظر گرفتن فاصله‌ی هزاران کیلومتری میان سطح و هسته‌ی سیاره، اقیانو‌س‌ها مانند یک چاله‌ی کم‌عمق به‌نظر می‌سرند و ضخامت آن‌ها حتی در عمیق‌ترین نقطه، فقط ۱۱ کیلومتر است.

اما پوسته‌ی زمین یک سطح ترک خورده و تکه‌تکه است که صفحات تکتونیکی آن جداگانه که به هم می‌سایند و زیر لبه‌های یکدیگر می‌لغزند. در این مناطق فرورانش، آب به عمق زمین نفوذ می‌کند و تا گوشته‌ی پایینی هم می‌رسد.

با گذشت زمان و توسط فعالیت‌های آتشفشانی، این آب دوباره به سطح زمین باز می‌گردد. این چرخه‌ی ریزش و بیرون ریختن به‌عنوان چرخه آب عمیق، جدا از چرخه‌ی آب فعال در سطح سیاره شناخته می‌شود.

آگاهی از شیوه‌ی فعالیت این چرخه و میزان آب موجود در آن، برای درک فعالیت‌های زمین‌شناسی سیاره‌ی ما اهمیت دارد. برای مثال، وجود آب می‌تواند بر قابلیت انفجار یک فوران آتشفشانی تأثیر بگذارد و در فعالیت‌های لرزه‌ای نقش داشته باشد.

اما چون نمی‌توانیم مستقیم به اعماق زمین برویم، باید منتظر بمانیم تا شواهدی از آن دردسترس ما قرار بگیرد و الما‌س‌های شکل گرفته در شرایط گرما و فشار شدید اعماق زمین چنین نشانه‌هایی هستند. این سنگ‌های ارزشمند، نوعی قفس‌های کریستالی هستند که اطلاعات زیادی را درباره‌ی اعماق زمین در خود حفظ کرده‌اند.

برخی از اجزای اصلی یافت شده در الماس اعماق زمین، از جمله انستاتیت، رینگ‌وودیت، کوزیت و احتمالا پروسکایت
Credit: Gu et al., Nat. Geosci

گو و همکارانش با مطالعه‌ی دقیق یک نمونه الماس، ۱۲ ادخال معدنی (ماده‌ی به دام افتاده درون کانی) و یک خوشه‌ی ادخال شیری را در آن پیدا کردند. آن‌ها با استفاده از طیف‌سنجی میکرو-رامان و پراش پرتو ایکس، این ادخال‌ها را برای تعیین ماهیت آن‌ها بررسی کردند.

در میان اجزای بررسی شده، دانشمندان مجموعه‌ای از رینگ‌وودیت (منیزیم سیلیکات) را در تماس با فروپریکلاز (منیزیم/آهن اکسید) و انستاتیت (منیزیم سیلیکات دیگری با ترکیب متفاوت) یافتند.

در فشارهای بالا در منطقه‌ی انتقال یا گذار، رینگ‌وودیت به فروپریکلاز و همچنین کانی دیگری به نام بریگمانیت تجزیه می‌شود. در فشارهای کمتر نزدیک به سطح اما بریگمانیت به انستاتیت تبدیل می‌شود. حضور این مواد در الماس یافت شده، داستان سفری طولانی را بیان می‌کند و نشان می‌دهد که این سنگ در اعماق زمین و پیش از رسیدن به پوسته شکل گرفته است.

اما این همه‌ی یافته‌ها نیست. رینگ‌وودیت شناسایی شده، دارای ویژگی‌هایی بود که نشان می‌دهد ماهیتی «آب‌دار» (Hydrous) دارد یعنی ماده‌ای معدنی که در حضور آب تشکیل می‌شود. در همین حال، سایر مواد معدنی موجود در الماس مانند بروسیت هم آب‌دار هستند. این سرنخ‌ها نشان می‌دهند که محیطی که الماس در آن شکل گرفته، بسیار مرطوب بوده است.

پیش از این هم شواهدی از وجود آب در منطقه‌ی انتقال یافت شده بود، اما برای سنجش میزان آب موجود در آن کافی نبودند. اینکه آیا فقط یک ذخیره‌ی کوچک و موضعی آب بوده است یا زیر زمین آب زیادی وجود دارد؟ بدین ترتیب پژوهش گو و همکارانش تیمش بیشتر به احتمال دوم اشاره دارد.

آنها در مقاله‌ی خود نوشتند: «اگرچه تشکیل الماس‌های گوشته‌ی بالایی اغلب با وجود مایعات همراه است، اما الماس‌های فوق عمیق با مجموعه‌ای از مواد معدنی پایین‌رفته‌ی مشابه، به‌ندرت همراه با مواد معدنی آب‌دار مشاهده شده است.»

این گزارش می‌افزاید: «اگرچه بر اساس یافته‌های قبلی رینگ‌وودیت، وجود یک غنی‌سازی محلی H2O برای منطقه‌ی انتقال گوشته پیشنهاد شده بود، اما رینگ‌وودیت شناسایی شده با فازهای آب‌دار، ‌نمایانگر یک محیط پریدوتیت آب‌دار در مرز منطقه‌ی انتقال و نشان‌دهنده‌ی ناحیه انتقال با میزان آب بیشتری رو به پایین و در میان ناپیوستگی ۶۶۰ کیلومتری است.»

برخی تحقیقات قبلی هم نشان داده‌اند که زمین بسیار بیشتر از آنچه قبلا تصور می‌شد آب را به درون خود می‌کشد و این یافته‌ی تازه در نهایت می‌تواند به این پرسش پاسخ دهد که این آب‌ها کجا می‌روند.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از الماس در یک محیط هیدراته
Credit: SciTechDaily

منبع: Science Alert

برچسب‌ها :
دیدگاه شما