مدرکی زنده از زمان تولد زمین

بر اساس تحقیقی جدید، دانشمندان موادی در ساختار صخره ها یافته اند که در زمان کمی پس از شکل گیری زمین تشکیل شده اند. این کشف به دانشمندان کمک می کند فرآیند هایی که در زمان تشکیل کره زمین اتفاق افتاده را به همراه دینامیک های داخلی آن در 5/4 میلیارد سال اخیر مورد بررسی قرار دهند.

در تحقیقی جدید محققانی نظیر هانیکا ریزو و ریچارد کارلسون از موسسه کارنگی و ریچارد واکر از دانشگاه مریلند حضور داشتند و توانستند موادی را که در شکل گیری صخره ها کمی بعد از شکل گیری زمین اثر داشته اند را مورد مطالعه قرار دهند. این کشف به دانشمندان کمک خواهد کرد بتوانند از دوره ای که زمین تازه در حال شکل گرفتن بود دینامیک های داخلی آن را در 5/4 میلیارد سال اخیر مورد مطالعه قرار دهند. نتایج تحقیق در نشریه ساینس (علم) منتشر شده است.

زمین از به هم پیوستگی مواد دور تا دور خورشید جوان تشکیل شده است. گرمای این شکل گیری باعث تغییرات گسترده در لایه زمین شد و در نتیجه زمین به شکل دو لایه جداگانه در آمد که آهن مذاب آن که چگال تر و سنگین تر بود به مرکز رفت و هسته زمین را تشکیل داد و قسمت های بالاتر یا جبه زمین سرشار از مواد سیلیکاتی شد.

5/4 میلیارد سال بعد از تشکیل کره زمین جریان های همرفتی در داخل زمین (درست مانند جوشیدن آب در یک ماهیتابه) باعث شده بخش هایی از جبه زمین به سمت بالا آمده، ذوب شده و دوباره ماده های چگال تر آن به پایین تر برود. وقتی این ذوب اتفاق می افتد مواد کمتر چگال به سمت بالای زمین و پوسته زمین می آیند و موادی که چگال تر باشند به سمت جبه رفته و ترکیب شیمیایی جبه  را تشکیل می دهند.

مواد باقی مانده جبه که در نتیجه ی تشکیل پوسته زمین می باشند به نظر می رسید هیچ رابطه ای با تشکیل هسته در زمان های ابتدایی شکل گیری زمین نداشته باشند. با این حال گروه تحقیقاتی که علاوه بر افراد یاد شده سوجوی موکوپادهیای و ویکی مانتوس از دانشگاه کالیفرنیا، دان فرانسیس از دانشگاه مک گیل، متیو جکسون از موسسه کارنگی (که اخیرا به دانشگاه سانتا باربارا کالیفرنیا رفته) را در ترکیب خود داشت توانست ردپای مواد تشکیل دهنده جبه زمین در روزهایی که زمین در حال شکل گیری بود را بیابند. آنها صخره های تقریبا جوانی را در جزیره بافین مورد مطالعه قرار دادند و متوجه شدند که در این جزیره که در سواحل شمالی کانادا می باشد و همچنین در شمال جزیره سلیمان پدیده های صخره زایی به صورتی خاص اتفاق افتاده اند.

این صخره زایی ها بیشتر شبیه پدیده سیل بازالتی می باشد. سیل بازالتی به پدیده ای می گویند که در آن لاوا (گدازه های آتشفشانی) صخره های اطراف خود را ذوب کرده و به شکل بهم ریخته ای در می آورد. خود لاوا یا گدازه سرد شده تنها 60 تا 120 میلیون سال عمر دارد که بسته به مکان آن در کره زمین این زمان کمتر یا بیشتر می شود. اما گروه تحقیقاتی به این نتیجه رسید که مواد مذاب داخل زمین که سال ها پیش باعث تشکیل جبه و پوسته زمین از صخره های بازالتی شده اند باعث به وجود آمدن ترکیب کنونی مواد زمین بوده و 5/4 میلیارد سال گذشته ترکیب شیمیایی جبه و پوسته را تغییر داده اند.

دانشمندان چگونه به نتایج حاضر رسیدند

دانشمندان تفاوت بین مقدار یک ایزوتوپ تنگستن صخره های مورد مطالعه را مورد بررسی قرار دادند. تنگستن همان عنصری است که برای ساخت رشته درون لامپ ها از آن استفاده می شود. ایزوتوپ ها هم نسخه هایی از عنصر هستند که تعداد نوترون های آن ها با تعداد پروتون ها متفاوت است (هر عنصر تعداد پروتون خاص خود را دارد). این تفاوت عدد نوترون ها در هر ایزوتوپ نسبت به ایزوتوپ دیگر یک عنصر نشان می دهد که جرم ایزوتوپ ها اندکی با هم متفاوت است.

حال چرا دانشمندان تنگستن را انتخاب کرده اند؟

تنگستن یک ایزوتوپ با جرم اتمی182 دارد که زمانی تولید می شود که در ایزوتوپ هافنیوم واپاشی یا کاهش رادیواکتیو انجام می گیرد. یعنی در واقع زمانی که تشعشعات رادیو اکتیو از هافنیوم خارج می شود ترکیب ایزوتوپ عنصری آن به شکل ایزوتوپ عنصر تنگستن در می آید. زمان نیمه عمر این عمل رادیو اکتیو که هافنیوم 182 را به تنگستن 182 تبدیل میکند 9 میلیون سال می باشد. این عددممکن است به نظر عدد بزرگی بیاید اما در مقیاس زمان شکل گیری سیارات عددی کوچک است و سرعت کار را می رساند. در مقام مقایسه تشکیل شدن صخره ها در کره زمین و مریخ حدود 100 میلیون سال طول کشیده است.

گروه تحقیقاتی دریافت بازالت های جزیره بافین در نتیجه فوران آتشفشانی 60 میلیون سال پیش تشکیل شده اند و کوه آتشفشانی که در آن زمان فورانهای آن باعث این پدیده شده در حال حاضر در لایه های زیرین پوسته زمین جزیره بافین می باشد. پدیده آتشفشانی عظیم دیگری که در شمال جزیره های سلیمان اتفاق افتاد حتی مقدار تنگستنی بیش از مقدار تنگستن 182 صخره های آتشفشانی جزیره بافین دارند.

با توجه به اینکه تمام هافنیوم 182 در 50 میلیون سال اولیه تشکیل کره زمین به تنگستن 182 تبدیل شده نتایج حاضر نشان می دهند که مواد جبه زمین که در این نقاط ذوب شده و تشکیل صخره های بازالتی فوق الذکر را داده اند هافنیوم بیشتری از باقی جبه زمین داشته اند.

یکی از دلایل این موضوع می تواند آن باشد که بخشی از جبه زمین در زمانی که زمین تحت فوران های شدید مواد مذاب قرار داشته شاهد جدا سازی آهن به شیوه ای متفاوت از بخش های دیگر جبه  زمین بوده است (به این دلیل که تنگستن کنار آهن بوده و با آهن به سمت هسته زمین می رود).

برای گروه تحقیقاتی بسیار عجیب بود که هنوز در لایه های داخلی زمین چنین موادی قابل مشاهده باشد.

ریزو نویسنده اصلی مقاله که در حال حاضر در دانشگاه های ایالتی کبک و مونترال مشغول تدریس می باشد در این باره می گوید:” این یافته نشان می داد که برخی از لایه های داخلی زمین در زمان های ابتدایی که باعث تغییر ترکیب های شیمیایی جبه شده اند هنوز هم در بخش هایی از زمین وجود دارند.”

کارلسون مدیر بخش مغناطیسِ زمین موسسه کارنگی چنین نظری داشت: “وجود این مواد به دلیل پدیده تکتونیکی عظیمی که در 5/4 میلیارد سال اخیر در بخش داخلی کره زمین اتفاق افتاده بسیار عجیب است. بنابراین یافتن چنین موادی دستاوردی بسیار خارق العاده می باشد.”

کشف گروه تحقیقاتی چشم اندازی جدید به ترکیب شیمیایی و همینطور دینامیکی که بر تشکیل کره زمین موثر بوده گشوده است. دانشمندان با استفاده از این داده ها خواهند توانست بخش های دیگری از کره زمین را هم از لحاظ وفور تنگستن 182 مورد بررسی قرار دهند تا بتوانند تاریخ مبهم زمان شکل گیری کره زمین را روشن تر سازند و همچنین بخش های داخلی کره زمین را که این مواد باستانی در ابتدای شکل گیری کره زمین در آنجا انباشته شده اند را بیابند.

منبع: Science Daily