دانشمندان بهتازگی کشف کردهاند که ممکن است بزرگترین مخزن آب کشفشده تا کنون، در زیر مانتل زمین دفن شده باشد
دانشمندان شواهد تکاندهندهای کشف کردهاند که نشان میدهد بزرگترین اقیانوس زمین ممکن است عمیقاً زیر پای ما دفن شده باشد — که برای میلیاردها سال درون سنگ جامد مخفی مانده است. این کشف تمام تصورات ما دربارهٔ منبع آب سیارهمان را بازنویسی میکند… و معنایش برای حیات روی زمین چیست.
تاریخ اولیهٔ زمین در حال تجربهٔ یک انقلاب آرام است. سالها تصور میشد که هستهاش خشک است، اما تحقیقات جدید نشان میدهد که سیارهمان ممکن است همراه با یک مخزن آب داخلی عظیم شکل گرفته باشد — که عمیقاً در مانتل پایین قفل شده و هنوز بر فرآیندهای زمینشناسی تأثیر میگذارد.
یک مطالعهٔ جدید منتشر شده در Science در ۱۱ دسامبر نشان میدهد که تحت شرایط شدید، یک مادهٔ معدنی شایع در عمق زمین — بریدگمانیت — میتواند آب بسیار بیشتری نسبت به آنچه قبلاً تصور میشد، ذخیره کند. اگر این تأیید شود، به این معنی خواهد بود که بزرگترین منبع آب روی زمین، اقیانوس آرام نیست، بلکه یک اقیانوس نامرئی است که ۱٬۰۰۰ مایل (۱٬۶۰۹٫۳۴ کیلومتر) زیر پای ما دفن شده است.
آزمایشهای شدید به یک زمین اولیهٔ مرطوبتر اشاره میکنند
پژوهشگران از مؤسسهٔ کارنگی برای علم به رهبری ونهوآ لو، از آزمایشهای فشار بالا و دما بالا برای شبیهسازی داخل اولیهٔ زمین استفاده کردند. آنها از یک سلول الماس گرمشده با لیزر بهره بردند که به دماهای بالای ۳۷۰۰ کلوین و فشارهای بیش از ۷۰۰٬۰۰۰ اتمسفر رسید — شرایط داخل مانتل پایین را در زمان انعقاض اقیانوس ماگمای اولیهٔ سیاره شبیهسازی میکرد.
این شرایط نشان داد که بریدگمانیت که بر محیط عمیق زمین تسلط دارد، با افزایش دما آب بیشتری جذب میکند. مطالعهای «تقسیمبندی بیشتر آب به بریدگمانیت با افزایش دما» را گزارش کرد که نشان میدهد مقدار قابل توجهی از آب ممکن است داخل مانتل محبوس بماند و به سطح بازنگردد.
این نکته کلیدی در یک مقالهٔ نظریهپردازانهٔ همراه در Science تأکید شد که نشان میدهد مدلهای پیشین ممکن است مقدار آب نگهداریشده در درون زمین را در دوران شکلگیری سیاره بهطرز چشمگیری کمارزی کرده باشند.
آیا مخزنی عمیق بزرگتر از اقیانوسهای سطحی وجود دارد؟
دلالتها فراتر از آزمایشهای آزمایشگاهی هستند. پژوهشگران پیشنهاد میکنند که مانتل عمیق زمین میتواند حجم آبی معادل چندین اقیانوس سطحی داشته باشد. نه بهصورت مایع — بلکه بهصورت اتمهای هیدروژن بستهشده در ساختارهای معدنی، که بهطور مؤثری یک اقیانوس پنهان درون سنگ جامد ایجاد میکند.
اگر صحت این ادعا تأیید شود، بهطور چشمگیری چرخهٔ آب چرخهٔ آب جهانی شناختهشده را گسترش خواهد داد؛ چرخهای که بهصورت سنتی بر فرآیندهای سطحی و جوی متمرکز است. این مخزن داخلی میتواند نشانههای شیمیایی در آتشفشانهای ستون مانتل را توضیح دهد، بهویژه در مناطقی همچون هاوایی و ایسلند که ماگمای عمیقمنشأ ویژگیهای مرتبط با مادهٔ اولیهٔ مانتل دارد.
این پژوهش همچنین با شواهد فزایندهای همراست میشود که نشان میدهد آب زمین محدود به ورودیهای خارجی نیست. نتایجی مانند این نشان میدهند که درون سیاره بهمدت طولانی بهعنوان یک حافظهٔ آب عمل کرده و شرایط سطحی را در طول زمانهای ژئولوژیکی عمیق تنظیم میکند.
بازنگری در منبع آب
نظریهٔ غالب برای دههها این بود که آب زمین در مراحل پایانی شکلگیریاش توسط ستارهدنبالهها یا سیارکهای کربنی در دورهٔ «بار سنگین دیرین» به سیاره وارد شد. اما این مطالعه ایدهٔ «تراکم مرطوب» را تقویت میکند؛ به این معنا که آب از همان ابتدا در سیاره تعبیه شده و در بلوکهای سازندهٔ خود زمین نهفته است.
این تغییر پیامدهایی فراتر از زمین دارد. اگر سیارات سنگی با آبرسانی داخلی شکل گیرند، ممکن است مخازن آب نهفته داشته باشند، حتی اگر سطح آنها خشک بهنظر برسد. برای تحقیقات سیارههای فراخورشیدی، این معیارهای شناسایی سیارات بالقوهٔ قابل سکونت را فراتر از نشانههای آب سطحی گسترش میدهد.
این دیدگاه جدید همچنین با مدلهای نوظهور نگهداری عناصر فرار در طول تجمع سیارهای همراستا است. هیدروژن و اکسیژن میتوانند در داخل درون سیاره در حال شکلگیری بقا یابند، حتی پس از آنکه شرایط سطحی بهنوعی خصمانه یا نامشخص تبدیل شوند.
قابلیت حیات از درون به بیرون
مانتل عمیق و هیدراته تنها داستان آب اولیه را شکل نمیدهد؛ ممکن است همچنان نقش عمدهای در تکامل سیاره داشته باشد. آب داخلی بهعنوان نیروی محرکهٔ تکتونیک صفحات عمل کرده، جابهجایی مانتل را تحت تأثیر قرار میدهد و حتی بر شیمی آتشفشان تأثیر میگذارد. این ظرفیت ذخیرهسازی تازه شناساییشده، درون زمین را به تنظیمکنندهٔ کلان پایداری طولانیمدت آن تبدیل میکند.
نتایج تجربی تنها نقطهٔ آغاز است. اگرچه نمیتوانیم مستقیماً مانتل پایین را مشاهده کنیم، نقضهای امواج لرزهای، دادههای زینولیت و نشانههای ژئوشیمیایی همگی به بقای باقیماندههای این مخزن عمیق اشاره میکنند. همانگونه که تکنیکهای آزمایشگاهی پیشرفتهتر در دسترس میشوند، دانشمندان در حال نقشهبرداری دقیقتر رطوبت درون زمین میباشند.
اگر مدلهای آینده به تأیید این نگهداری آب در مانتل عمیق ادامه دهند، میتوانند درک ما از خنکسازی سیارهای، رفتار ژئودینامو و تنظیم بلندمدت اقلیمی را تغییر دهند.