ربما تكون الأرض قد تخلت عن أسرارها الداخلية لزوجين من علماء الكيمياء الجيولوجية في كاليفورنيا ، الذين استخدموا محاكاة كمبيوتر واسعة لتجميع أقدم تاريخ لكوكبنا.
يوضح هذا الرسم التخطيطي لقشرة الأرض وعباءة نتائج دراستهم ، التي وجدت أن الضغوط القصوى كانت ستركز نظائر الحديد الثقيلة بالقرب من أسفل الوشاح لأنها تبلورت من محيط الصهارة.
من خلال استخدام جهاز كمبيوتر فائق للضغط على المعادن الحاملة للحديد وتسخينها في الظروف التي كانت ستوجد عندما تبلورت الأرض من محيط الصهارة إلى شكلها الصلب قبل 4.5 مليار سنة ، العالمان - من جامعة كاليفورنيا في ديفيس - أنتج أول صورة لكيفية توزيع نظائر الحديد المختلفة في البداية في الأرض الصلبة.
يمكن أن يؤدي هذا الاكتشاف إلى موجة من التحقيقات في تطور عباءة الأرض ، وهي طبقة من المواد يبلغ عمقها حوالي 1800 ميل تمتد من أسفل القشرة الرقيقة للكوكب إلى قلبها المعدني.
قال مؤلف الدراسة الرئيسي جيمس رستاد: "الآن لدينا فكرة عن كيفية توزيع نظائر الحديد هذه على الأرض في الأصل. يجب أن نكون قادرين على استخدام النظائر لتتبع الأعمال الداخلية لمحرك الأرض".
ونشرت المجلة ورقة تصف الدراسة التي أجراها رستاد والمؤلف المشارك تشينغ تشو يين عبر الإنترنتعلوم الطبيعة يوم الأحد 14 يونيو ، قبل النشر المطبوع في يوليو.
تقع الوشاح الشاسع بين قشرة الأرض وقلبها ، ويمثل حوالي 85 في المائة من حجم الكوكب. على مقياس الزمن البشري ، يبدو هذا الجزء الهائل من مدارنا صلبًا. ولكن على مدى ملايين السنين ، تتسبب الحرارة الناتجة عن اللب المنصهر والانحلال الإشعاعي الخاص بالوشاح في تحريكه ببطء ، مثل حساء سميك فوق لهب منخفض. هذا الدوران هو القوة الدافعة وراء الحركة السطحية للصفائح التكتونية ، التي تبني الجبال وتسبب الزلازل.
أحد مصادر المعلومات التي توفر نظرة ثاقبة لفيزياء هذه الكتلة اللزجة هي الأشكال أو النظائر الأربعة للحديد المستقرة التي يمكن العثور عليها في الصخور التي ارتفعت إلى سطح الأرض عند منتصف المحيطات حيث يحدث انتشار قاع البحر ، وفي النقاط الساخنة مثل براكين هاواي التي تتدفق عبر قشرة الأرض. يشك الجيولوجيون في أن بعض هذه المواد تنشأ عند الحدود بين الوشاح واللب على بعد 1800 ميل تحت السطح.
قال يين: "يستخدم الجيولوجيون النظائر لتتبع العمليات الفيزيائية - الكيميائية في الطبيعة بالطريقة التي يستخدم بها علماء الأحياء DNA لتتبع تطور الحياة".
وقال ين ، من حيث المبدأ ، أن الجيولوجيين يمكنهم استخدام نظائر الحديد في الصخور التي يتم جمعها في النقاط الساخنة حول العالم لتتبع التاريخ الجيولوجي للغطاء لأن تركيب نظائر الحديد في الصخور يختلف باختلاف الضغط ودرجات الحرارة التي تم فيها إنشاء الصخور. . ولكن من أجل القيام بذلك ، سيحتاجون أولاً إلى معرفة كيفية توزيع النظائر في الأصل في محيط الصهارة البدائي للأرض عندما يبرد ويتصلب.
بحث يين ورستاد في كيفية تأثير التأثيرات المتنافسة للضغط الشديد ودرجة الحرارة العميقة في باطن الأرض على المعادن في الوشاح السفلي ، وهي المنطقة التي تمتد من حوالي 400 ميل تحت قشرة الكوكب إلى حدود الوشاح الأساسي. تقل درجات الحرارة التي تصل إلى 4500 درجة كلفن في المنطقة الاختلافات النظائرية بين المعادن إلى مستوى ضئيل ، في حين تميل ضغوط التكسير إلى تغيير الشكل الأساسي لذرة الحديد نفسها ، وهي ظاهرة تعرف باسم انتقال الدوران الإلكتروني.
قام الزوج بحساب تركيبة نظائر الحديد لمعدنين تحت مجموعة من درجات الحرارة والضغوط وحالات الدوران الإلكترونية المختلفة المعروفة الآن بحدوثها في الوشاح السفلي. يحتوي المعدنان ، ferroperovskite و ferropericlase ، على جميع الحديد الذي يحدث في هذا الجزء العميق من الأرض تقريبًا.
كانت الحسابات معقدة للغاية لدرجة أن كل سلسلة من سلسلة رستاد وين كانت تجري عبر جهاز الكمبيوتر المطلوب شهرًا لإكمالها.
قرر يين ورستاد أن الضغوط القصوى كانت ستركز نظائر الحديد الثقيلة بالقرب من الجزء السفلي من الوشاح المتبلور.
يخطط الباحثون لتوثيق تباين نظائر الحديد في المواد الكيميائية النقية المعرضة لدرجات الحرارة والضغوط في المختبر والتي تعادل تلك الموجودة في حدود الوشاح الأساسي. وقال يين ، في نهاية المطاف ، إنهم يأملون في رؤية توقعاتهم النظرية تم التحقق منها في العينات الجيولوجية المتولدة من الوشاح السفلي.
مصدر: Eurekalert
