ما هو القاسم المشترك بين التكوين الأساسي لكوكب الأرض والقهوة المقطرة؟

كتب مصطفى شعبان

توفر تقنية جديدة طورها كل من واينجي فاي، ولي وانج من جامعة كارنيجي رؤية جديدة للعملية التي انحدرت من خلالها المواد التي شكلت نواة الأرض إلى أعماق كوكبنا، تاركة وراءها آثارًا جيوكيميائية لطالما حيرت العلماء.

تراكمت الأرض من قرص الغبار والغاز الذي أحاط بشمسنا في شبابها، عندما نمت الأرض من أجسام أصغر بمرور الوقت، غرقت المادة الأكثر كثافة للداخل، وفصلت الكوكب إلى طبقات متميزة – بما في ذلك اللب المعدني الغني بالحديد وعباءة السيليكات.

أوضح فاي، في الدراسة التي تم نشرها بواسطة Science Advances، أن “الفصل بين اللب والعباءة هو أهم حدث في التاريخ الجيولوجي للأرض”، “الحمل الحراري في اللب الخارجي يغذي المجال المغناطيسي للأرض، مما يحمينا من الأشعة الكونية، وبدون ذلك، لا يمكن للحياة كما نعرفها أن توجد.”

كل طبقة من طبقات كوكبنا لها تكوينها الخاص، على الرغم من أن اللب يتكون في الغالب من الحديد، إلا أن البيانات الزلزالية تشير إلى أن بعض العناصر الأخف، مثل الأكسجين والكبريت والسيليكون والكربون، قد تم إذابتها فيه وتم إحضارها للركوب في مركز الكوكب، وبالمثل، فإن الوشاح يتكون في الغالب من السيليكات، لكن تركيزاته لما يسمى بالعناصر “المحبة للحديد”، أو المحبة للحديد، حيرت العلماء لعقود.

وأضاف وانج: “أن فهم الآليات التي تنتقل من خلالها المواد عبر هذه الطبقات، وتحديد أي بقايا من هذه العملية، سيحسن معرفتنا بالطرق المختلفة التي تفاعل بها جوهر الأرض وغطاءها طوال تاريخها”.

تتبع حركة المعدن السائل

في المختبر، يستخدم علماء كارنيجي مكابس هيدروليكية ثقيلة، مثل تلك المستخدمة في صناعة الماس الاصطناعي، لجلب عينات من المواد إلى ضغوط عالية، ومحاكاة الظروف الموجودة في باطن الأرض، يمكّنهم ذلك من إعادة إنشاء عملية تمايز الأرض بشكل مصغر واستكشاف الطرق الممكنة المختلفة التي تشكل بها اللب.

باستخدام هذه الأدوات، طور وانج وفاي طريقة جديدة لتتبع حركة المعدن السائل المكون للقلب في عينتهما أثناء انتقاله إلى الداخل.

لقد أظهروا أنه مثل الكثير من المياه التي يتم ترشيحها من خلال القهوة المطحونة، في ظل الظروف الديناميكية الموجودة في الأرض المبكرة، يمكن أن يمر ذوبان الحديد عبر الشقوق بين طبقة من بلورات السيليكات الصلبة – تسمى حدود الحبوب – وتبادل العناصر الكيميائية .

تحليل التبادلات الكيميائية

يقترحا وانج وفاي، أن البيئة العنيفة للأرض المبكرة كانت ستخلق بالفعل الظروف التي من شأنها أن تحول الوشاح إلى جهاز قهوة عملاق “يصب فوق”، مما يسمح بترشيح المعدن السائل عبر شبكة مترابطة.

قاموا بتحليل التبادلات الكيميائية خلال عملية الترشيح هذه، ستفسر نتائجهم ترك العناصر المحبة للحديد في الوشاح، مما يلقي الضوء على سؤال الكيمياء الجيولوجية الذي طال أمده.

بالنظر إلى المستقبل، يعتقدا وانج وفاي، أن أسلوبهما الجديد قابل للتطبيق عمومًا على دراسة الكواكب الصخرية الأخرى، ويمكن أن يساعد في الإجابة على المزيد من الأسئلة حول التفاعلات الأساسية والعبائية التي تحدث في أعماق تصميماتهما الداخلية.