علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Diamond delivers long-sought mineral from the deep Earth
(بقلم: الكسندرا ويتزي – Alexandra Witze)
جسيمات سوداء صغيرة وُجدت ضمن قطعة الماس من منجم في أفريقيا تبيَّن أنها مكونًا أساسيًا من مكونات أعماق الأرض، تم التعرف عليها في الطبيعة لأول مرة بعد عقود من البحث.
هذه أمارة نادرة على معدن لا يمكن أن يوجد عادة على سطح الأرض ولكنه يلعب دورًا رئيسًا في تدفق الحرارة في أعماق كوكب الأرض ، كما يقول أوليڤر تشونر (Oliver Tschauner) باحث في علم الكيمياء الجيولوجية بجامعة نيڤادا في لاس فيغاس الذي قاد فريق البحث الذي نشر هذا الاكتشاف في 11 نوفمبر 2021 في مجلة ساينس (Science) (انظر 1).
أطلق تشونر (Tschauner) على المعدن اسم ديڤماويت (Davemaoite) تيمنًا باسم ديڤ ماو (Dave Mao) من هونكونغ، وهو باحث قام بالعديد من الاكتشافات الرائدة في كيمياء جيولوجية وجيوفيزياء الضغط العالي. يتكون معدن ديڤماويت في الغالب من سيليكات الكالسيوم (CaSiO3) ، ولكن يمكنه أن يبحث عن ويُقِم / يزيل مواد من محيطه ويحتفظ بها (scavsnge) (انظر 2) النظائر المشعة لليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم. تصدر من هذه النظائر مقدار كبير من الحرارة في الجزء السفلي من وشاح الأرض (3) – وهي الطبقة التي تقع بين القشرة الأرضية (4) ولب الأرض (5). وهذا يجعل الديڤماويت لاعبًا مهمًا في إدارة طريقة انتقال الحرارة عبر عمق الأرض / الأرض العميقة [وهو ما يشمل القشرة الأرضية العميقة ولب الأرض والوشاح، بحسب 6] ، وبالتالي ادارة كيف تدور الحرارة بين الوشاح والقشرة للدفع بعمليات مثل عمليات تكتونية الصفائح.
يوجد هذا المعدن فقط تحت ضغوطات ودرجات حرارة عالية مثل تلك الموجودة في الوشاح السفلي للأرض ، أي 660 – 2700 كيلومترًا تحت سطح الأرض. لكن هذه الجسيمات بالذات كانت في داخل الماسة التي نقلت هذا المعدن سليمًا من أعماق الأرض. يقول تشونر (Tschauner): “إنها قوة الماسة التي حافظت على هذه المشتملات (inclusions) (أي هذه الجسيمات التي بداخل الماسة) تحت ضغط عالٍ”.
الماسة المخضرَّة ذات الشكل الثماني السطوح (octahedral) استخرجت قبل عدة عقود في بوتسوانا من منجم أورابا (Orapa)، وهو أكبر منجم ماس مكشوف في العالم. في عام 1987، باع تاجر معادن قطعة الماس إلى جورج روسمان (George Rossman)، باحث في علم المعادن في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في مدينة باسادينا في كالفورنيا. بدأ تشونر و روسمان وزملاؤهما دراستها منذ عدة سنوات كجزء من بحث في المعادن المحصورة (trapped) في الماس المستخرجة من أعماق الأرض.
قام الباحثون بصعق الماسة بالأشعة السينية في مختبر مصدر الفوتون المتقدم (Advanced Photon Source) في مدينة ليمونت بولاية إلينوي، مما كشف أن المشتملات (inclusions) كانت غنية بمعدن الكالسيوم. وأكدت دراسات أخرى أن هذه الجسيمات متكونة من سيليكات الكالسيوم، والتي يمكن أن تتخذ أشكالًا بلورية مختلفة بحسب درجة الحرارة والضغط اللذين تحت تأثيرهما تكونت هذه الجسيمات. يقول تشونر إن النسخة الموجودة من هذه الجسيمات في الماسة لها بنية بلورية من مادة البيروفسكايت (perovskite) (انظر 7) لا تتشكل إلا عند درجات الحرارة والضغوط الموجودة على عمق يتراوح بين 660 و 900 كيلومترًا. قام الباحثون بتركيب مادة بيروفسكايت سيليكات الكالسيوم (calcium silicate perovskite) عالي الضغط في المختبر (8)، وافترضوا أنها يجب أن تكون موجودةً في الوشاح السفلي، لكنهم لم يروها قط بشكل قاطع في العينات الجيولوجية من قبل.
في عام 2018، أفاد فريق بحث آخر عن عثوره على مادة بيروفسكايت سيليكات الكالسيوم في قطعة ألماس بجنوب إفريقيا (9). لكن هؤلاء الباحثين لم يدَّعوا أنهم توصلوا إلى اكتشاف بصورة رسمية لمعدن جديد. ولكن فريق تشونر ادعوا ذلك – لذلك اتصل تشونر بماو (Mao) وسأله عما إذا كان بإمكانه تسمية المعدن باسمه. “بالطبع اوافق بكل سرور” ، رد ماو، مدير مركز أبحاث العلوم والتكنولوجيا المتقدمة في شنغهاي الصينية.
وافقت الجمعية للدولية للمعادن على اسم ديڤماويت (davemaoite) العام الماضي. وهو ثاني معدن عالي الضغط يحمل اسم ماو. في عام 2018، أفاد باحثون من الصين بالعثور على معدن مختلف، أطلقوا عليه اسم ماوهوكايت (maohokite)، في صخور من فوهة صدمية (10).
يقول تشونر إن معدن الديڤماويت هو واحد من ثلاثة معادن رئيسة في الوشاح السفلي للأرض، ويشكل حوالي 5 – 7٪ من المواد هناك. لكنه الوحيد من بين الثلاثة معادن التي تشتمل على معدني اليورانيوم والثوريوم. الهيكل البلوري للمعدن يسمح بمعدنه الكالسيوم أن يُستبدل بسهولة بهذين العنصرين المشعين. واللذين يصدران حرارة من خلال اضمحلال / انحلال النشاط الإشعاعي (11).
قد تحتوي الماسات الأخرى الموجودة هناك بقايا من الديڤماويت. جسيمات الديڤماويت الموجودة في منجم أورابا Orapa غنية بالبوتاسيوم – لذا قد تكون إحدى الطرق للعثور على المزيد من الديڤماويت هو بالتنقيب عن الماس العميق في المناطق الغنية بالبوتاسيوم ، كما يقول ينغيوي في (Yingwei Fei)، باحث في علم الكيمياء الجيولوجية في معهد كارنيجي للعلوم في واشنطن العاصمة. ولذا “سأقوم بالبحث عنه بالتأكيد هناك”، كما يقول تشونر.
مصادر من داخل وخارج التص:
1- https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl8568
2- المادة القمَّامة في الكيمياء عبارة عن مادة كيميائية تُضاف للمزيج بغرض إزالة شوائب غير نشطة أو نواتج غير مرغوب فيها، من خلال إزالة أو امتصاص الكيماويات التي تتفاعل معها، لضمان عدم حدوث أي تفاعلات غير مرغوب فيها”. مقتبس بتصرف من نص ورد على على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/نابش_(كيمياء)
3- “الوشاح أو الدثار أو الغشاء أو الستار هي طبقة أرضية تحتية يبلغ سمكها نحو 2885 كيلومترًا وتقع فوقها القشرة الأرضية التي نعيش عليها والتي يبلغ سمكها بين 30 – 60 كيلومترًا. وتبلغ المسافة بين سطح الأرض ومركزها 6370 كيلومترًا، ويشكل الجزء المركزي نواة (نصف قطرها 2000 كيلومتر) من معادن ثقيلة حارة سائلة، تبلغ درجة حرارتها 6000 درجة مئوية. وتقل درجة الحرارة بالصعود من المركز إلى أعلى الدثار (علي عمق يبلغ نحو 50 كيلومترًا) حتى تصل إلى 1500 درجة مئوية، وتكون في صورة صهارة خفيفة نسبياً”. مقتبس بتصرف من نص ورد على هذا العنوان:
https://ar.wikipedia.org/wiki/وشاح_الأرض
4- القشرة الأرضية هي قشرة رقيقة على سطح الأرض، تمثل أقل من 1٪ من حجم الأرض. وهي المكون العلوي للغلاف الصخري للأرض، وهو القسم الذي يشمل القشرة والجزء العلوي من الوشاح. ينقسم الغلاف الصخري إلى صفائح تكتونية تتحرك فيما بينها، مما يسمح للحرارة بالخروج من داخل الأرض إلى الفضاء”. مقتبس من نص ورد على هذا العنوان: https://ar.wikipedia.org/wiki/القشرة_الأرضية
5- “اللب الداخلي (أو النواة الداخلية) للكرة الأرضية هو أعمق طبقة من طبقات الأرض، ويمكن الإشارة إليها على أنها لب الأرض، وهي طبقة صلبة وتشير دراسات علم الزلازل على أنها صلبة ذات شكل كروي لها نصف قطر يصل إلى 1220 كيلومتر (حوالي 70% من نصف قطر القمر)”. مقتبس من نص ورد على هذا العنوان:
https://ar.wikipedia.org/wiki/لب_داخلي
6- https://serc.carleton.edu/NAGTWorkshops/deepearth10/index.html
7- https://ar.wikipedia.org/wiki/بيروفسكيت
8- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0012821X75902290?via%3Dihub
9- https://www.nature.com/articles/nature25972
10- “الفوهة الصدمية هي حفرة ناتجة عن اصطدام عنيف لكتلة صخرية، وهي غالبا ناتجة عن سقوط نيزك على سطح الأرض أو القمر أو أي كوكب أو كويكب من النظام الشمسي أمثلة على أماكن بها فوهات صدمية على كوكب الأرض، وفوهة بارينجر الصدمية بولاية أريزونا بالولايات المتحدة الأمريكية. وفوهة جبل وقف الصوان الصدمية في الصحراء الشرقية من المملكة الأردنية الهاشمية.، وفوهة مادنة في الجزائر”. مقتبس من نص ورد على هذا العنوان:
https://ar.wikipedia.org/wiki/فوهة_صدمية
11- https://ar.wikipedia.org/wiki/اضمحلال_نشاط_إشعاعي
12- https://www.nature.com/articles/d41586-021-03409-2
المصدر الرئيس:
https://www.nature.com/articles/d41586-021-03409-2?utm_source=Nature+Briefing&utm_campaign=1806931d50-briefing-dy-20211115&utm_medium=email&utm_term=0_c9dfd39373-1806931d50-43731365