اكتشاف مذهل قد يغير طريقة تفكيرنا بشأن احتياطيات المياه على الأرض.. أكبر خزان للمياه على الكوكب
بفضل اكتشاف معدن يسمى رينجووديت، تمكن فريق من العلماء من اكتشاف مدهش قد يغير طريقة تفكيرنا بشأن احتياطيات المياه على الأرض
توصل باحثون إلى أدلة قوية على أن كميات هائلة من المياه – قابلة للمقارنة مع عدة محيطات – مخبأة في أعماق غلاف الأرض تحت الولايات المتحدة.
وقد يمثل الاكتشاف الذي توصل إليه عالم الجيوفيزياء ستيف جاكوبسن من جامعة نورث وسترن، وعالم الزلازل براندون شماندت من جامعة نيو مكسيكو، أكبر خزان للمياه على الكوكب.
نُشرت الدراسة كاملة في مجلتي ساينس ونيتشر.
إعادة التفكير في دورة المياه على الأرض
وقد نشرت نتائج دراستهم في مجلة “ساينس”، حيث سلطت الضوء على تكوين الأرض، وتكوينها، وكمية المياه المحاصرة في صخور الوشاح.
وأوضح جاكوبسن، أحد المشاركين في تأليف الورقة البحثية، أن “العمليات الجيولوجية على سطح الأرض، مثل الزلازل أو البراكين المتفجرة، هي تعبير عما يحدث داخل الأرض، بعيداً عن أنظارنا”.
وأضاف جاكوبسن “أعتقد أننا نرى أخيرًا أدلة على وجود دورة مياه على مستوى الأرض بالكامل، وهو ما قد يساعد في تفسير الكمية الهائلة من المياه السائلة على سطح كوكبنا الصالح للسكن، لقد كان العلماء يبحثون عن هذه المياه العميقة المفقودة لعقود من الزمن”.
يحتوي عباءة الأرض على أسرار مذهلة
ويتكهن العلماء منذ فترة طويلة بوجود مياه محاصرة في وشاح الأرض، وتقع بين الوشاح السفلي والوشاح العلوي على أعماق تتراوح بين 250 إلى 410 ميل.
ويعد جاكوبسن وشماندت أول من قدم أدلة مباشرة على وجود المياه في “منطقة الانتقال” هذه على نطاق إقليمي، تمتد عبر معظم المناطق الداخلية من الولايات المتحدة.
وقال شماندت، أحد المشاركين في تأليف الدراسة: “إن ذوبان الصخور على هذا العمق أمر ملحوظ لأن معظم الذوبان في الوشاح يحدث على عمق أقل بكثير، على عمق 50 ميلاً”.
“إذا كانت هناك كمية كبيرة من الماء في منطقة الانتقال ، فيجب أن يحدث بعض الذوبان في المناطق التي يتدفق فيها الماء إلى الوشاح السفلي، وهذا يتوافق مع ما وجدناه.”
السائل والجليد والبخار والشكل الرابع للماء
إن الماء الذي تم اكتشافه في الوشاح ليس في صورة مألوفة لنا ـ فهو ليس سائلاً أو جليداً أو بخاراً. بل إنه محصور داخل البنية الجزيئية للمعادن الموجودة في صخور الوشاح.
يؤدي الضغط الهائل الناتج عن 250 ميلاً من الصخور الصلبة، بالإضافة إلى درجات الحرارة التي تزيد عن 2000 درجة فهرنهايت، إلى انقسام جزيئات الماء وتشكيل الجذور الهيدروكسيلية (OH) التي يمكن ربطها بالبنية البلورية للمعدن.
وقال جاكوبسن “لكننا لا نعرف ما إذا كانت هذه العينة الفريدة تمثل التركيب الداخلي للأرض أم لا . والآن وجدنا أدلة على ذوبان واسع النطاق تحت أمريكا الشمالية على نفس الأعماق المقابلة لجفاف الرنجووديت، وهو ما حدث بالضبط في تجاربي”.
بعد الرينجووديت
يتكون معدن رينجووديت، وهو معدن عالي الضغط ذو لون أزرق ساحر، على اسم الجيولوجي الأسترالي ألفريد رينجوود، في أعماق الأرض على أعماق تتراوح بين 410 و660 كيلومترًا (250-410 ميلًا).
وما يجعل رينجووديت رائعًا حقًا هو قدرته على تخزين المياه داخل بنيته البلورية.
تصنيع الرينجووديت في المختبر
كان جاكوبسن يقوم بتصنيع معدن الرينجووديت، وهو معدن أزرق يشبه الياقوت، في مختبره في نورث وسترن من خلال تفاعل معدن الزبرجد الأخضر مع الماء في ظروف ضغط عالية.
وقد وجد أن أكثر من واحد في المائة من وزن البنية البلورية للرينجووديت يمكن أن يتكون من الماء.
تحت الضغوط ودرجات الحرارة الهائلة الموجودة في منطقة انتقال الوشاح، تنقسم جزيئات الماء إلى جذور هيدروكسيل (OH)، والتي يمكن دمجها بعد ذلك في بنية الرينغووديت. يعمل هذا المعدن مثل الإسفنج، حيث يمتص الماء ويخزنه في أعماق الأرض .
وأشار جاكوبسن إلى أن “هناك شيئًا خاصًا للغاية في البنية البلورية لحجر الرينغووديت يسمح له بجذب الهيدروجين واحتجاز الماء. ويمكن لهذا المعدن أن يحتوي على الكثير من الماء في ظل ظروف الوشاح العميق”.
آثار رينجووديت على الأرض
وجود الرينغووديت الغني بالمياه في وشاح الأرض له آثار على فهمنا لتكوين الكوكب وإمكانية صلاحيته للسكن.
ومع استمرار العلماء في دراسة هذا المعدن المثير للاهتمام، فإنهم قد يكتشفون رؤى جديدة حول دور الماء في باطن الأرض العميق وتأثيره على العمليات الجيولوجية التي تشكل عالمنا.
قدرة رينجووديت على تخزين ونقل المياه داخل الوشاح قد يكون لها أيضًا آثار على البحث عن الحياة على الكواكب الأخرى، حيث يعتبر وجود الماء عاملاً رئيسيًا في تطور واستدامة الحياة كما نعرفها.
اكتشاف الصهارة تحت أمريكا الشمالية
وباستخدام الموجات الزلزالية، اكتشف شماندت وجود الصهارة تحت أمريكا الشمالية، وهو ما يتوافق مع نتائج جاكوبسن بشأن الذوبان الجزئي عند تعريض الرينجووديت المركب لظروف على عمق حوالي 400 ميل تحت سطح الأرض.
بالإضافة إلى ذلك، كشفت الدراسات الزلزالية عن مناطق ذوبان جزئي في منطقة انتقال الوشاح، والتي يمكن أن تُعزى إلى إطلاق الماء من الرينجووديت أثناء تحوله إلى معادن أخرى على أعماق أكبر.
وأوضح شماندت أن “البيانات الزلزالية التي جمعتها مصفوفة يو إس آراي تعطينا صورة أوضح من أي وقت مضى عن البنية الداخلية للأرض تحت أميركا الشمالية، ويبدو أن الذوبان الذي نشهده ناجم عن الاندساس ـ هبوط مادة الوشاح من السطح إلى الأسفل”.
عملية ذوبان الجفاف
يُطلق على الذوبان الذي اكتشفه الباحثون اسم الذوبان بالجفاف.
عندما يتحرك حجر الرينغووديت في منطقة الانتقال إلى عمق الوشاح السفلي، فإنه يشكل معدنًا عالي الضغط يسمى بيروفسكايت السيليكات، والذي لا يمكنه امتصاص الماء. ويؤدي هذا إلى ذوبان الصخور الموجودة عند الحدود بين منطقة الانتقال والوشاح السفلي جزئيًا.
“عندما تنتقل صخرة تحتوي على الكثير من الماء من منطقة الانتقال إلى الوشاح السفلي، فإنها تحتاج إلى التخلص من الماء بطريقة ما، لذا فإنها تذوب قليلاً”، كما يقول شماندت، “هذا ما يسمى بالذوبان بالجفاف”.
وأضاف جاكوبسن: “بمجرد إطلاق المياه، قد يصبح جزء كبير منها محاصرًا هناك في منطقة الانتقال”.
كيف تم اكتشاف حجر الرينغووديت بالصدفة
كان الفريق العلمي الدولي المسؤول عن هذا الاكتشاف المذهل بقيادة جراهام بيرسون، رئيس قسم أبحاث التميز الكندي في موارد القطب الشمالي بجامعة ألبرتا .
وأظهر تحليل العينة المعدنية أنها تحتوي على كمية كبيرة من الماء – 1.5 % من وزنها – وهو الاكتشاف الذي أثبت أنه له آثار بعيدة المدى على فهمنا للداخل الداخلي للأرض وطبيعتها الديناميكية.
رينجووديت بعيد المنال
يُعتقد أن الرينجووديت، وهو أحد أشكال معدن الزبرجد، موجود بكميات كبيرة تحت ضغوط عالية في المنطقة الانتقالية بين الوشاح العلوي والسفلي للأرض.
على الرغم من العثور على الرينغووديت في النيازك، إلا أنه لم يتم اكتشاف عينة أرضية من قبل غراهام بيرسون. وبسبب الأعماق الشديدة التي يتكون فيها هذا المعدن المراوغ، فإنه من غير الممكن الوصول إليه للعمل الميداني المباشر.
مساهمة عمال المناجم الحرفيين في البرازيل
تم العثور على عينة من حجر الرينغووديت في عام 2008 في منطقة جوينا في ماتو جروسو بالبرازيل، حيث اكتشف عمال المناجم الحرفيون الماس من الحصى الضحلة في النهر.
الماس، الذي تم جلبه إلى سطح الأرض بواسطة صخرة بركانية عميقة تعرف باسم الكيمبرليت، يحتوي على شوائب رينجووديت.
وكان فريق بيرسون يبحث عن معدن آخر عندما اشتروا الماسة البنية ذات المظهر القذر والتي يبلغ عرضها ثلاثة ملليمترات والتي لا قيمة تجارية لها.
ولحسن الحظ، تم اكتشاف حجر الرينجووديت نفسه، وهو غير مرئي للعين المجردة ومدفون تحت السطح، من قبل جون ماكنيل، أحد طلاب الدراسات العليا لدى بيرسون، في عام 2009.
قال بيرسون: “إن هذا التضمين صغير للغاية، ومن الصعب للغاية العثور عليه، ناهيك عن العمل عليه، لذا كان هذا الاكتشاف بمثابة حظ، كما هو الحال مع العديد من الاكتشافات العلمية”.
تأكيد العثور
خضعت العينة لسنوات من التحليل الدقيق باستخدام مطيافية رامان والأشعة تحت الحمراء والحيود بالأشعة السينية قبل أن يتم تأكيدها رسميًا على أنها رينجووديت.
تم إجراء قياسات المياه الحرجة في مختبر بيرسون للجيوكيمياء الجيولوجية لموارد القطب الشمالي في جامعة ألبرتا، والذي يشكل جزءًا من المركز الكندي للتحليل الدقيق النظيري المشهور عالميًا، والذي يضم أيضًا أكبر مجموعة بحثية أكاديمية للماس في العالم.
التأثيرات على ديناميكيات الأرض
بالنسبة لبييرسون، أحد أبرز السلطات العالمية في دراسة صخور الماس المضيفة في أعماق الأرض، فقد أثبت هذا الاكتشاف أنه الأهم في حياته المهنية.
وقد أكدت ما يقرب من 50 عامًا من العمل النظري والتجريبي الذي قام به علماء الجيوفيزياء وعلماء الزلازل وعلماء آخرون في محاولة لفهم تكوين الجزء الداخلي من الأرض.
قال بيرسون: “إن أحد الأسباب التي تجعل الأرض كوكبًا ديناميكيًا هو وجود بعض الماء في داخلها. فالماء يغير كل شيء في طريقة عمل الكوكب”.
رينجووديت، دورة المياه على الأرض والمستقبل
باختصار، كان الاكتشاف الحاسم لخزان ضخم من المياه في أعماق وشاح الأرض بواسطة ستيف جاكوبسن وبراندون شماندت بمثابة ثورة في فهمنا لتكوين الكوكب وتكوينه ودورة المياه فيه.
ومع استمرار الباحثين في استكشاف العمليات المعقدة التي تحدث بعيدًا تحت سطح الأرض، قدمت اكتشافاتهم في حجر الرينغووديت فهمًا جديدًا للتوازن الدقيق الذي يجعل كوكبنا صالحًا للسكنى.
وجود هذا المحيط الخفي، المحبوس داخل بلورات صخور الوشاح، يعد بمثابة شهادة على القوى المذهلة العاملة داخل الأرض والألغاز التي لا تعد ولا تحصى والتي لا تزال تكمن تحت أقدامنا.
مع كل اكتشاف جديد، نقترب أكثر من كشف أسرار ماضي كوكبنا وحاضره ومستقبله، ونقدر العالم الرائع الذي نسميه موطننا.
