مطالعه نشان می دهد که زمین از بلوک های خشک و سنگی تشکیل شده است

5 جولای 2023 – توسط موسسه فناوری کالیفرنیا-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0

میلیاردها سال پیش، در قرص غول‌پیکر غبار، گاز و مواد سنگی که به دور خورشید جوان ما می‌چرخید، اجرام بزرگ‌تر و بزرگ‌تر به هم پیوستند و در نهایت سیارات، قمرها و سیارک‌هایی را که امروز می‌بینیم، پدید آوردند.

دانشمندان هنوز در تلاش برای درک فرآیندهای تشکیل سیارات، از جمله سیاره مادری ما هستند. یکی از راه‌هایی که محققان می‌توانند چگونگی شکل‌گیری زمین را مطالعه کنند، بررسی ماگماهایی است که از اعماق درون سیاره بالا می‌آیند. امضاهای شیمیایی از این نمونه‌ها حاوی رکوردی از زمان و ماهیت موادی است که برای تشکیل زمین گرد هم آمده‌اند – مشابه با نحوه ارائه فسیل‌ها از گذشته بیولوژیکی زمین.

اکنون، مطالعه ای از Caltech نشان می دهد که زمین اولیه از مواد گرم و خشک انباشته شده است، که نشان می دهد که آب سیاره ما – جزء حیاتی برای تکامل حیات – باید در تاریخ شکل گیری زمین دیر رسیده باشد.

این مطالعه، شامل یک تیم بین‌المللی از محققان، در آزمایشگاه‌های فرانسوا تیسوت، استادیار ژئوشیمی و محقق موسسه تحقیقات پزشکی Heritage انجام شد. و ییگانگ ژانگ از دانشگاه آکادمی علوم چین. مقاله‌ای با عنوان «I/Pu نشان می‌دهد که زمین عمدتاً از سیاره‌های کوچک متمایز شده  تشکیل شده است» که در مجله Science Advances منتشر شده است. وییی لیو، دانشجوی فارغ التحصیل کلتک، اولین نویسنده مقاله است.

اگرچه انسان ها راهی برای سفر به داخل سیاره ما ندارند، سنگ های اعماق زمین به طور طبیعی می توانند به شکل گدازه به سطح زمین راه پیدا کنند. ماگماهای والدین این گدازه ها می توانند از اعماق مختلف زمین، مانند گوشته فوقانی، که از حدود 15 کیلومتری زیر سطح شروع می شود و حدود 680 کیلومتر امتداد می یابد، سرچشمه بگیرند. یا گوشته پایینی، که از عمق 680 کیلومتری تا مرز هسته و گوشته در حدود 2900 کیلومتر زیر پای ما گسترده است.

دانشمندان می توانند مانند نمونه برداری از لایه های مختلف یک کیک – ماگمایی که از اعماق مختلف سرچشمه می گیرند، مطالعه کنند تا “وضعیت” های مختلف لایه های زمین را درک کنند: مواد شیمیایی موجود در داخل و نسبت آنها نسبت به یکدیگر.

از آنجایی که شکل‌گیری زمین آنی نبود و در عوض موادی را در بر می‌گرفت که در طول زمان برافزایش پیدا می‌کردند، نمونه‌هایی از گوشته پایینی و گوشته بالایی سرنخ‌های متفاوتی از آنچه در طول زمان در طول برافزایش زمین اتفاق می‌افتاد به دست می‌دهند.

در مطالعه جدید، تیم دریافتند که زمین اولیه عمدتاً از مواد خشک و سنگی تشکیل شده است: امضاهای شیمیایی از اعماق سیاره نشان دهنده کمبود به اصطلاح فرار است که به راحتی موادی مانند آب و ید تبخیر می شوند. در مقابل، نمونه‌های گوشته بالایی نسبت بیشتری از مواد فرار را نشان دادند، سه برابر آنهایی که در گوشته پایین یافت می‌شوند.

بر اساس این نسبت‌های شیمیایی، لیو مدلی ایجاد کرد که نشان می‌دهد زمین از مواد گرم، خشک و سنگی تشکیل شده است و افزودن عمده‌ای از مواد فرار ضروری حیاتی، از جمله آب، تنها در طول 15٪ (یا کمتر) آخر شکل‌گیری زمین رخ داده است. .

این مطالعه کمکی حیاتی به نظریه‌های تشکیل سیاره است، زمینه‌ای که در دهه‌های اخیر دستخوش تغییرات پارادایم متعددی شده است و هنوز با بحث‌های علمی شدید مشخص می‌شود. در این زمینه، مطالعه جدید پیش‌بینی‌های مهمی را برای ماهیت بلوک‌های سازنده دیگر سیارات زمینی – عطارد و زهره – انجام می‌دهد که انتظار می‌رود از مواد خشک مشابهی تشکیل شده باشند.

تیسوت می‌گوید: «اکتشاف فضایی در سیارات بیرونی واقعاً مهم است، زیرا دنیای آب احتمالاً بهترین مکان برای جستجوی حیات فرازمینی است. “اما درون منظومه شمسی را نباید فراموش کرد. نزدیک به 40 سال است که هیچ ماموریتی با سطح زهره برخورد نکرده است، و هرگز مأموریتی به سطح عطارد انجام نشده است. ما باید بتوانیم برای درک بهتر چگونگی شکل گیری سیارات زمینی مانند زمین آن دنیاها را مطالعه کنیم..”

علاوه بر لیو و تیسوت، ژانگ از دانشگاه آکادمی علوم چین، نویسندگان همکار هستند. Guillaume Avice of the Université Paris Cité, Institut de physique du globe de Paris; ژیلین یه از آکادمی علوم چین؛ و چینگ ژو یین از دانشگاه کالیفرنیا، دیویس.