بحر زاخر بالمياه داخل الأرض؟ تم تحديد وجود الماء على عمق مئات الكيلومترات – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

An ocean inside the Earth? Water is determined to be hundreds of kilometers down
(Goethe University Frankfurt am Main – مقدمة من جامعة غوته في فرانكفورت أم ماين) 

ملخص المقالة:

تحتوي المنطقة الانتقالية بين وشاح الأرض العلوي والسفلي على كميات كبيرة من الماء، وفقًا لدراسة بحثية دولية (ألمانية-إيطالية-أمريكية) شارك فيها معهد علوم الأرض في جامعة غوته في فرانكفورت، حيث قام الفريق بتحليل ماسة نادرة تكونت على عمق 660 كيلومترًا تحت سطح الأرض باستخدام تقنيات تشمل مطيافية “رامان”¹ ومطيافية جهاز “فورييه”² لتحويل طيف الأشعة تحت الحمراء. وأكدت الدراسة شيئًا كان لفترة طويلة مجرد نظرية، وهو أن مياه المحيط ترافق الألواح (الصفائح التكتونية) المندسة وبالتالي تدخل المنطقة الانتقالية. وهذا يعني أن دورة المياه على كوكبنا تشمل باطن الأرض.

( المقالة )

تحتوي المنطقة الانتقالية بين وشاح الأرض (earth mantle) العلوي والسفلي على كميات كبيرة من الماء، وفقًا لدراسة دولية شارك فيها معهد علوم الأرض في جامعة غوته في فرانكفورت (ألمانيا).

ويطلق اسم المنطقة الانتقالية على الطبقة الحدودية التي تفصل بين الوشاح العلوي والوشاح السفلي للأرض. وتقع على عمق من 410 إلى 660 كيلومترًا. ويسبب الضغط الهائل الذي يصل إلى 23000 بار (333587 رطل للبوصة المربعة PSI) في المنطقة الانتقالية الكفيلة بتغيير هيكل الزبرجد الزيتوني المعدني الأخضر، والذي يشكل حوالي 70٪ من الوشاح العلوي للأرض ويسمى أيضًا الزبرجد، لتبديل هيكله البلوري. وعند الحدود العليا للمنطقة الانتقالية، على عمق حوالي 410 كيلومترات، يتم تحويلها إلى وادسلايت (Wadsleyite) [معدن لتقويم العظام مع الصيغة β- (Mg ، Fe) ₂SiO. تم العثور عليه لأول مرة في الطبيعة في نيزك نهر السلام من ألبرتا، كندا. ويكيبيديا] أكثر كثافة؛ عند مسافة 520 كيلومترًا، يتحول بعد ذلك إلى رينغوودايت (Ringwoodite) [طور عالي الضغط من Mg₂SiO يتكون في درجات حرارة عالية وضغوط من وشاح الأرض بين عمق 525 و 660 كم. قد تحتوي أيضًا على الحديد والهيدروجين. إنه متعدد الأشكال مع طور الزبرجد الزيتوني. ويكيبيديا] أكثر كثافة حتى.

ويوضح البروفيسور فرانك برينكر من معهد علوم الأرض بجامعة غوته في فرانكفورت: “هذه التحولات المعدنية تعيق بشكل كبير تحركات الصخور في الوشاح”. وعلى سبيل المثال، تتوقف أعمدة الوشاح – أعمدة متصاعدة من الصخور الساخنة من الوشاح العميق – أحيانًا مباشرة أسفل منطقة الانتقال. كما تتوقف حركة الكتلة في الاتجاه المعاكس. ويقول البروفيسور برينكر: “غالبًا ما تواجه ألواح الصفائح التكتونية المندسة (subduction plates) صعوبة في اختراق المنطقة الانتقالية بأكملها. لذلك توجد مقبرة كاملة لهذه الصفائح التكتونية في هذه المنطقة الواقعة تحت أوروبا”.

ومع ذلك، لم يكن معروفًا حتى الآن ما هي الآثار طويلة المدى “لامتصاص” المواد في المنطقة الانتقالية على تكوينها الجيوكيميائي وما إذا كانت توجد كميات أكبر من الماء هناك. ويوضح البروفيسور برينكر: “تحمل ألواح الصفائح التكتونية المندسة أيضًا رواسب أعماق البحار التي على ظهرها إلى باطن الأرض. ويمكن لهذه الرواسب الاحتفاظ بكميات كبيرة من الماء وثاني أكسيد الكربون. ولكن حتى الآن لم يتضح مقدار ما يدخل منطقة الانتقال في شكل أكثر استقرارا من المعادن المائية والكربونات – وبالتالي لم يكن من الواضح أيضًا ما إذا كانت كميات كبيرة من المياه مخزنة بالفعل هناك”.

ومن المؤكد أن الظروف السائدة ستكون مواتية لذلك. ويمكن لمعادن “وادسلايت” و “رينغوودايت” الكثيفة (على عكس الزبرجد الزيتوني في أعماق أقل) تخزين كميات كبيرة من الماء – في الواقع كبيرة جدًا بحيث تكون المنطقة الانتقالية قادرة نظريًا على امتصاص ستة أضعاف كمية المياه في محيطاتنا. ويقول البروفيسور برينكر: “لقد علمنا أن الطبقة الحدودية لها قدرة هائلة على تخزين المياه”. ويضيف: “ولكن، لم نكن نعرف ما إذا كانت قد فعلت ذلك بالفعل”.

والدراسة الدولية، التي شارك فيها عالم الجيولوجيا من فرانكفورت، قدمت الإجابة الآن. فقد قام فريق البحث بتحليل ألماسة من بوتسوانا بإفريقيا، والتي تم تشكيلها على عمق 660 كيلومترًا، مباشرة عند السطح الفاصل بين المنطقة الانتقالية ووشاح الأرض الأسفل، حيث يعتبر “رينغووديت” هو المعدن السائد. والألماس من هذه المنطقة نادر جدًا، حتى بين الألماس النادر ذي المنشأ الفائق العمق، والذي يمثل 1٪ فقط من الألماس. وكشفت التحليلات أن الحجر يحتوي على العديد من شوائب الـ”رينغووديت” – والتي تظهر نسبة عالية من الماء. وعلاوة على ذلك، تمكنت مجموعة البحث من تحديد التركيب الكيميائي للحجر. وكانت تقريبًا مماثلة تمامًا لتلك الموجودة في كل جزء من صخور وشاح الأرض الموجودة في البازلت في أي مكان في العالم. وأظهر هذا أن الألماس جاء بالتأكيد من قطعة عادية من وشاح الأرض. ويقول البروفيسور برينكر: “لقد أوضحنا في هذه الدراسة أن المنطقة الانتقالية ليست عبارة عن إسفنجة جافة، ولكنها تحتوي على كميات كبيرة من الماء”، مضيفًا: “هذا أيضًا يقربنا خطوة واحدة من فكرة الروائي الفرنسي جول فيرن³ عن وجود محيط داخل الأرض”. ووفقًا للبروفيسور برينكر، الفرق هو أنه لا يوجد محيط هناك، ولكن هناك صخور مائية والتي لن تشعر بالبلل ولا بتنقيط الماء.

وقد تم اكتشاف الـ”رينجووديت” المائي لأول مرة في ألماس من المنطقة الانتقالية في وقت مبكر من عام 2014. وشارك البروفيسور برينكر في تلك الدراسة أيضًا. ومع ذلك، لم يكن من الممكن تحديد التركيب الكيميائي الدقيق للحجر لأنه كان صغيرًا جدًا. ولذلك ظل من غير الواضح كيف كانت الدراسة الأولى عن وشاح الأرض بشكل عام، حيث يمكن أن يكون المحتوى المائي لهذا الألماس ناتجًا أيضًا عن بيئة كيميائية غريبة. وعلى النقيض من ذلك، فإن التضمينات في ألماسة الـ 1.5 سم من بوتسوانا، والتي حقق فيها فريق البحث في هذه الدراسة، كانت كبيرة بما يكفي للسماح بتحديد التركيب الكيميائي الدقيق، وقد قدم هذا تأكيدًا نهائيًا للنتائج الأولية من عام 2014.

وللمحتوى المائي العالي في المنطقة الانتقالية عواقب بعيدة المدى على الوضع الديناميكي داخل الأرض. ويمكن رؤية ما يؤدي إليه هذا، على سبيل المثال، في أعمدة الوشاح الساخن القادمة من الأسفل، والتي تتعثر في منطقة الانتقال. فهناك، تقوم (الأعمدة هذه) بتسخين المنطقة الانتقالية الغنية بالمياه، مما يؤدي بدوره إلى تكوين أعمدة وشاح جديدة أصغر تمتص المياه المخزنة في المنطقة الانتقالية. فإذا هاجرت أعمدة الوشاح الصغيرة الغنية بالمياه الآن إلى الأعلى واخترقت الحدود إلى الوشاح العلوي، يحدث ما يلي: يتم إطلاق الماء الموجود في أعمدة الوشاح، مما يقلل من نقطة انصهار المادة الناشئة. ولذلك يذوب على الفور وليس فقط قبل أن يصل إلى السطح، كما يحدث عادةً. ونتيجة لذلك، لم تعد الكتل الصخرية في هذا الجزء من وشاح الأرض صلبة بشكل عام، مما يمنح حركات الكتلة مزيدًا من الديناميكية. وتصبح المنطقة الانتقالية، التي تعمل كحاجز أمام الديناميكيات هناك، فجأة محركًا لدوران المواد الأرضية.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://phys.org/news/2022-09-ocean-earth-hundreds-kilometers.html

لمزيد من المعلومات: تينغتينغ غو وآخرون، Hydrous peridotitic fragments of Earth’s mantle 660 km discontinuity sampled by a diamond, Nature Geoscience (2022).  DOI: 10.1038/s41561-022-01024-y

الهوامش:

1. مطيافية (التحليل الطيفي) “رامان” (سميت على اسم الفيزيائي الهندي “سي في رامان”) هي تقنية طيفية تستخدم عادة لتحديد الأنماط الاهتزازية للجزيئات، على الرغم من إمكانية ملاحظة الأنماط الدورانية والأنماط الأخرى ذات التردد المنخفض للأنظمة. يشيع استخدام مطياف “رامان” في الكيمياء لتوفير بصمة هيكلية يمكن من خلالها تحديد الجزيئات. يعتمد التحليل الطيفي لـ”رامان” على التشتت غير المرن للفوتونات، والمعروف باسم تشتت “رامان”. يتم استخدام مصدر للضوء أحادي اللون، عادةً من الليزر في النطاق المرئي أو القريب من الأشعة تحت الحمراء أو بالقرب من الأشعة فوق البنفسجية، على الرغم من أنه يمكن أيضًا استخدام الأشعة السينية. يتفاعل ضوء الليزر مع الاهتزازات الجزيئية والفونونات أو غيرها من الإثارات في النظام، مما يؤدي إلى إزاحة طاقة فوتونات الليزر لأعلى أو لأسفل. يعطي التحول في الطاقة معلومات حول أوضاع الاهتزازات في النظام. ينتج عن التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء عادةً معلومات مماثلة ولكنها تكميلية. ويكيبيديا.
2. مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل “فورييه” (FTIR) هي تقنية تستخدم للحصول على طيف الأشعة تحت الحمراء لامتصاص أو انبعاث مادة صلبة أو سائلة أو غازية. ويقوم المطياف بجمع بيانات طيفية عالية الدقة في وقت واحد عبر نطاق طيفي واسع. يمنح هذا ميزة كبيرة على مقياس الطيف المتشتت، الذي يقيس الكثافة على نطاق ضيق من الأطوال الموجية في وقت واحد. ينشأ مصطلح مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل “فورييه” من حقيقة أن تحويل فورييه (عملية رياضية) مطلوب لتحويل البيانات الخام (الغير معالجة) إلى الطيف الفعلي. والهدف من تقنيات مطيافية الامتصاص [مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل “فورييه”، التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية المرئية (“UV-vis”)، وما إلى ذلك] هو قياس كمية الضوء التي تمتصها العينة عند كل طول موجي. الطريقة الأكثر مباشرة للقيام بذلك، تقنية “التحليل الطيفي المتشتت”، هي تسليط شعاع ضوئي أحادي اللون في عينة، وقياس كمية الضوء التي يتم امتصاصها، والتكرار لكل طول موجي مختلف (هذه هي الطريقة التي تعمل بها بعض مقاييس طيف UV-vis ، على سبيل المثال). ويعد التحليل الطيفي لتحويل “فورييه” طريقة أقل بديهية للحصول على نفس المعلومات. بدلاً من تسليط شعاع ضوئي أحادي اللون (شعاع يتكون من طول موجي واحد فقط) في العينة، تضيء هذه التقنية شعاعًا يحتوي على العديد من ترددات الضوء في وقت واحد وتقيس مقدار تلك الحزمة التي تمتصها العينة. وبعد ذلك، يتم تعديل الحزمة لتحتوي على مجموعة مختلفة من الترددات، مما يعطي نقطة بيانات ثانية. وتتكرر هذه العملية بسرعة عدة مرات خلال فترة زمنية قصيرة. وبعد ذلك، يأخذ الكمبيوتر كل هذه البيانات ويعمل للخلف لاستنتاج ماهية الامتصاص عند كل طول موجي. ويكيبيديا.
3. جول غابرييل فيرن مؤلف فرنسي رائد في نوع الخيال العلمي. اشتهر برواياته رحلة إلى مركز الأرض (1864)، وعشرون ألف فرسخ تحت البحر (1870)، وحول العالم في ثمانين يومًا (1873). كتب عن السفر في الفضاء والجو والسفر تحت الماء قبل اختراع الطائرات الصالحة للملاحة والغواصات العملية، وقبل ابتكار أي وسيلة للسفر إلى الفضاء. يعتبر ثاني أكثر المؤلفين المترجمين في كل العصور، بعد أجاثا كريستي. تم تحويل رواياته البارزة إلى أفلام. غالبًا ما يشار إلى فيرن مع إتش جي ويلز باسم “أبو الخيال العلمي”. المصدر: https://www.goodreads.com/author/show/696805.Jules_Verne.