دانشمندان کشف کردند که زمین اولیه چگونه آب خود را از نابودی کامل نجات داد
آب زمین ممکن است با مخفی شدن در عمق مانتل، از آغازهای شعلهور خود زنده بماند.
حدود ۴٫۶ میلیارد سال پیش، زمین شبیه دنیای آرام و آبی که امروز میبینیم نبود. برخوردهای مکرر و قدرتمند از فضا، سطح و درون سیاره را تقریباً بهصورت دائمی در حالت مذاب نگه میداشتند و یک اقیانوس جهانی از ماگما ایجاد میکردند. شرایط آنچنین شدید بود که آب مایع نمیتوانست در هیچ نقطهای از سیاره وجود داشته باشد؛ در عوض، زمین شبیه یک کورهٔ عظیم و سوزان به نظر میرسید.
امروزه، اقیانوسها حدود ۷۰٪ سطح زمین را پوشاندهاند. این تضاد واضح مدتهاست که توجه علمی را به این سؤال جلب کرده است که چگونه آب توانست در گذار زمین از وضعیت مذاب اولیه به یک سیاره عمدتاً جامد زنده بماند و چگونه در این دورهٔ خشونتآمیز، از بین نرفت.
یک مطالعهٔ اخیر که توسط پروفسور ژیشو دو از مؤسسهٔ شیمی زمینشناسی گوانگژو در آکادمی علوم چین (GIGCAS) رهبری شد، بینش جدیدی نسبت به این معمایی که همچنان پابرجاست ارائه میدهد. این پژوهش نشان میدهد که مقادیر زیادی از آب میتوانست بهطور مؤثری «قفلگردانده» و در عمق مانتل زمین ذخیره شود، هنگامی که سیاره خنک شد و از سنگ مذاب بلورین شد.
یافتهها که در مجلهٔ Science منتشر شد، نگرش دانشمندان را دربارهٔ مکان ذخیرهٔ آب درون سیاره تغییر میدهد. این مطالعه نشان میدهد که بریجمانیت، فراوانترین کانی در مانتل زمین، میتواند بهعنوان یک «ظرف میکروسکوپی آب» عمل کند. این ویژگی امکان میداد تا زمین اولیه مقادیر قابلتوجهی از آب را در درون خود حفظ کند، هنگامی که سیاره بهتدریج جامد شد.
آب ذخیرهشده اولیه، بهنظری تیم پژوهشگران، ممکن است نقش کلیدی در تبدیل زمین از جهنم آتشین به جهانپذیر برای حیات ایفا کرده باشد.
به چالش کشیدن فرضیات دیرینه
مطالعات پیشین که بر شرایط آزمایشی نسبتاً کمدما تکیه داشتند، نشان میدادند که بریجمانیت دارای ظرفیت محدود ذخیرهسازی آب است. پژوهشگران قصد داشتند این فرضیه را آزمایش کنند اما با دو چالش عمده مواجه شدند. نخست، نیاز داشتند شرایط شدید موجود در عمقهایی با بیش از ۶۶۰ کیلومتر را در آزمایشگاه شبیهسازی کنند. دوم، باید سیگنالهای آب را در نمونههای بریجمانیت—که برخی از آنها حتی کوچکتر از یک‑دهم عرض موهای انسان هستند—در غلظتهای پایین بهصورت چند صد جزء در میلیون (ppm) بهدقت تشخیص دهند.
آنها این موانع را با ساخت یک دستگاه آزمایشی سلول الماس (diamond anvil cell) مجهز به گرمکن لیزری و تصویربرداری در دماهای بالا پشت سر گذاشتند. این دستگاه خودساخته با فشار فوقالعاده بالا، دماهای آزمایشی را بهطور چشمگیری—حدود ~۴٬۱۰۰ °C—افزایش داد. این سیستم موفق شد شرایط عمیق مانتل را بازآفرینی کرده و امکان اندازهگیری دقیق دماهای تعادلی را فراهم سازد، که پایهای برای درک نقش دما در جذب آب توسط کانیها ایجاد کرد.
علاوه بر این، با بهرهگیری از پلتفرمهای تحلیلی پیشرفتهٔ GIGCAS، پژوهشگران تکنیکهایی نظیر پراش الکترونی سه‑بعدی فوقسرد و NanoSIMS را بهکار گرفتند. بههمکاری با پروفسور تائو لونگ از مؤسسهٔ ژئولوژی آکادمی علوم ژئولوژی چین، آنالیز پروب اتمی (APT) نیز ترکیب شد. این ابزارها بهطور مشترک امکان توسعهٔ روشهای نوآورانه برای تجزیه و تحلیل آب در مقیاس میکرو‑تا‑نانو متر را فراهم کردند و بهگونهای دنیای میکروسکوپی را با «اسکنرهای شیمیایی CT» و «طیفسنجهای جرمی» با وضوح فوقالعاده بالا تجهیز کردند.
این فناوری به تیم اجازه داد تا توزیع آب را بهوضوح در نمونههای ریز مشاهده کند و تأیید نماید که آب بهصورت ساختاری در بریجمانیت حل شده است.
مانتل گرمتر، زمین مرطوبتر
دادههای تیم نشان داد که ظرفیت «قفلکردن آب» بریجمانیت (که با ضریب تقسیم آب آن اندازهگیری میشود) بهطور قابلتوجهی با افزایش دما رشد میکند. این به این معناست که در فاز «دریای ماگما» گرمترین زمین، بریجمانیت بلورین میتوانست آب بسیار بیشتری نسبت به تصور پیشین حفظ کند و بهطور مستقیم نظریهٔ دیرینه مبنی بر تقریباً خشک بودن لایهٔ زیرین عمیق مانتل را رد میکرد.
بر پایهٔ این کشف، تیم مدلسازی بلورین شدن اقیانوس ماگما را انجام داد. شبیهسازیها نشان میدهد که بهدلیل قابلیت قوی قفلکردن آب بریجمانیت در دماهای بالا در دوران اولیه، لایهٔ زیرین مانتل پس از جامد شدن اقیانوس ماگما به بزرگترین مخزن آب در مانتل جامد تبدیل شد. طبق این مدل، ظرفیت ذخیرهسازی آن میتواند پنج تا صد برابر بیشتر از برآوردهای قبلی باشد. مجموع آب ذخیرهشده در مانتل جامد اولیه حتی میتواند برابر با ۰٫۰۸ تا ۱ برابر حجم تمام اقیانوسهای مدرن باشد.
این آب بهعمق دفنشده یک ذخیرهٔ ثابت نبود. بلکه بهعنوان «عامل روانساز» برای موتور عظیم ژئولوژیکی زمین عمل میکرد: نقطه ذوب و ویسکوزیتهٔ سنگهای مانتل را کاهش میداد، گردش داخلی و حرکت صفحات را تسهیل مینمود و به سیاره حیات تکاملی مداومی بخشید.
بهتدریج، این آب محبوسشده از طریق فعالیتهای ماگمایی به سطح «پمپاژ» میشد و به شکلگیری جو اولیه و اقیانوسهای زمین کمک میکرد. پژوهشگران اشاره کردند که «جرقهٔ آب» که در ساختار اولیهٔ زمین محبوس شده بود، احتمالاً نیروی اساسیای بود که سیارهٔ ما را از یک جهنم ماگمایی به دنیای آبی و دوستانه برای حیات که امروز میشناسیم، تبدیل کرد.
منبع: «آب قابلملاحظهای که در مراحل اولیه در مانتل عمیق زمین ذخیره شد» اثر وِنهُوا لو، یا‑نان یونگ، تائو لونگ، های‑یانگ سیان، یوان لی و ژیشو دو، ۱۱ دسامبر ۲۰۲۵، Science.
DOI: 10.1126/science.adx5883
هرگز یک پیشرفت را از دست ندهید: در خبرنامهٔ SciTechDaily عضو شوید.
ما را در گوگل و اخبار گوگل دنبال کنید.