نشتی بزرگ زمین کشف شد

به گزارش پارس نیوز، زمین اولیه ما یک توپ مذاب پوشیده از اقیانوسی از گدازه‌های سراسری که گازهای کشنده را فوران می‌کرده و در عین حال توسط سنگ‌های فضایی شعله‌ور پس از تولد شدیداً آشفته منظومه شمسی ما مورد اصابت قرار می‌گرفته، بوده است. سپس در طول ۴.۵ میلیارد سال بعدی، از زمان کیهانی-زمین‌شناسی پرهرج ومرج، کمی آرام گرفته و به انسان‌ها و دیگران اجازه ظهور داده است.

اکنون تنها یک تصویر از این واقعیت باستانی جهنمی باقی مانده است که هرگز توسط چشمان انسان دیده نشده است و آن، هسته فلزی مذاب سیاره ما است که به داغی سطح خورشید می‌سوزد.

البته هسته زمین دائماً پیام‌رسان‌های شیمیایی را، از جمله مواد تشکیل‌دهنده فضایی تولد آن که حدود یک سوم عمر جهان در آنجا محبوس بوده‌اند، از طریق لایه‌های خود به بالا می‌فرستد. این شامل هیدروژنی است که از ابر غول‌پیکر گاز و غباری که خورشید را تشکیل داده، جذب شده است. این ابر همچنان از هسته به بیرون تراوش می‌کند و در گوشته و پوسته به آب تبدیل می‌شود؛ نه یک آب لزج، بلکه آبی که در مواد معدنی به دام افتاده است.

بر این اساس، تیمی از دانشمندان علوم زمین از دانشگاه علوم و فناوری چین در هفی (Hefei) می‌خواستند یک پرسش علمی محبوب و دیرینه را حل کنند؛ اینکه آیا تفاوت‌های شیمیایی در گوشته عمیق، یادگار تبلور سیاره ما از یک گوی ماگما است یا مدرکی است که نشان می‌دهد هسته و گوشته از زمان‌های بسیار قدیم مواد شیمیایی را تبادل کرده‌اند؟

محققان در مطالعه‌ای که در مجله Science Advances منتشر شده، از «شبیه‌سازی‌های انتگرال مسیر» تقویت‌شده با یادگیری ماشین برای بررسی کنش کوانتومی مولکول‌ها و اتم‌ها استفاده کردند.

نکته مهم این است که این امر به آنها اجازه داد تا انتقال هیدروژن در درون زمین را تجزیه و تحلیل کنند که به دلیل سبکی آن، یک اتم کوانتومی عجیب و غریب است. بنابراین آنها نسبت دوتریوم به هیدروژن را بررسی کردند که نسبت یک ایزوتوپ سنگین‌تر هیدروژن به نام دوتریوم به هیدروژن معمولی را اندازه‌گیری می‌کند تا ببینند آیا هیدروژن سبک‌تر از طریق ستون‌های مذاب که روی سطح فوران می‌کنند، به سمت بالا نشت می‌کند یا خیر.

با این حال، مدل تبلور نشان می‌دهد که تجزیه مواد معدنی مذاب بسیار ضعیف است، بنابراین توزیع D/H یکنواختی را در گوشته باستانی ایجاد می‌کند.

محققان دریافتند که این نتایج در مجموع نشان می‌دهد که تبلور اقیانوس ماگما، با وجود تغییرات زیاد در فشار، دما و فرضیات مدل، یک گوشته اولیه با ترکیب ایزوتوپ هیدروژن اساساً همگن ایجاد می‌کند.

آنها دریافتند که مهمترین عامل، ترکیب ایزوتوپ هیدروژن اولیه اقیانوس ماگما بود و سایر متغیرها، از جمله محتوای اولیه آب (که تا دو توده اقیانوسی تخمین زده می‌شود)، تأثیر کمی بر نتیجه داشتند.

دلیل آن به معنای واقعی کلمه هرج و مرج است، زیرا شرایط برای دوتریوم و هیدروژن بسیار پرانرژی بود تا به شکل مرتب در لایه‌های زمین قرار بگیرند.

بازالت‌های جزایر اقیانوسی(OIB) شواهدی از تراوش هسته زمین ارائه می‌دهند، زیرا آنها توسط بالا آمدن‌هایی از نزدیکی مرز بین هسته و گوشته تشکیل می‌شوند.

این گدازه‌ها از مکان‌هایی مانند جزیره بافین واقع در کانادا و از ایسلند فوران می‌کنند.

همچنین به نظر می‌رسد که آنها هیدروژن سبک انباشته شده از سحابی خورشیدی را که منظومه شمسی ما را ایجاد کرده است، به همراه دارند. این یک کپسول زمان ژئوشیمیایی از قبل از هر چیزی است که ما می‌دانیم وجود داشته است.

همانطور که این هیدروژن از هسته به سمت بالا فرار می‌کند، گوشته را غنی می‌کند و نسبت D/H آن را کاهش می‌دهد.

نسبت‌های ایزوتوپ هلیوم سرنخ دیگری ارائه می‌دهند، زیرا «هلیوم-۳» یک ایزوتوپ سبک‌تر و اولیه از سحابی خورشیدی است که بخش عمده آن به لطف مه‌بانگ(بیگ بنگ) ایجاد شده است، در حالی که ایزوتوپ «هلیوم-۴» که سنگین‌تر است، توسط واپاشی رادیواکتیو در لایه‌های بالایی زمین تولید می‌شود.

در نتیجه، نسبت بالاتر هلیوم-۳ به هلیوم-۴ در OIBها شواهد بیشتری را ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد این عنصر نیز به همین ترتیب از هسته زمین فرار می‌کند.

تنگستن یک قطعه پازل حیاتی دیگر را ارائه می‌دهد، زیرا این فلز سنگین در ابتدا در هسته زمین محصور شده بود. لایه زمین در طول تبلور به یک پیاز شکوفای سیاره‌ای تقسیم می‌شد، اما اکنون یک ایزوتوپ تنگستن باستانی تبعید شده بر روی ستون‌های در حال افزایش سوار می‌شود و مواد هسته را در حالی که از اعماق زمین به سمت بالا می‌آیند، ردیابی می‌کند.

بنابراین به طور خلاصه، شواهد محققان شامل یک ترکیب شیمیایی سه‌گانه از عمیق‌ترین و قدیمی‌ترین اعماق جهان ما است که نسبت‌های هیدروژن، هلیوم و تنگستن از هسته زمین را ردیابی می‌کنند.

محققان نتیجه گرفتند که این یافته‌ها نشان می‌دهد حتی اگر زمانی مخازن اولیه گوشته عمیق وجود داشته باشند، بعید است که نشانه‌های ایزوتوپ هیدروژن در گوشته پایینی عمیق امروزی، یادگارهای ساده‌ای از تمایز اولیه باشند. در عوض، آنها بازتابی از تغییرات پویا از طریق تبادل مداوم هسته-گوشته در طول تکامل زمین هستند.

این پژوهش در مجله Science Advances منتشر شده است.