نوشته دانشگاه راتگرز، ۲۴ نوامبر ۲۰۲۵، ساختار زمین، لایهها، پوسته، گوشته، هسته
ساختارهای عجیب در مرز هسته و گوشته زمین ممکن است یادگاری از اختلاط اولیه هسته و گوشته باشند و سرنخهای جدیدی در مورد چگونگی شکلگیری، خنک شدن و در نهایت قابل سکونت شدن منحصر به فرد سیاره ما آشکار کنند.
یک محقق و همکارانش از دانشگاه راتگرز، ناهنجاریهای زمینشناسی غیرمعمول را به ریشههای مذاب زمین و قابلیت سکونت منحصر به فرد آن مرتبط دانستهاند.
سالهاست که محققان برای درک دو سازند عظیم و گیجکننده پنهان در اعماق زمین تلاش میکنند. اندازه عظیم و ویژگیهای غیرمعمول آنها، تطبیق آنها را با ایدههای سنتی در مورد چگونگی توسعه سیاره دشوار میکند.
یک مطالعه اخیر در Nature Geoscience، به رهبری یوشینوری میازاکی، متخصص ژئودینامیک دانشگاه راتگرز، به همراه چند تن از همکارانش، تفسیر جدید و قانعکنندهای از این ساختارها و چگونگی تأثیر آنها بر قابلیت سکونت طولانی مدت زمین ارائه میدهد.
این سازندها که به نامهای بخشهای بزرگ با سرعت برشی کم و مناطق فوق کمسرعت شناخته میشوند، در مرز بین گوشته و هسته، تقریباً ۱۸۰۰ مایل زیر سطح زمین قرار دارند. بخشهای بزرگ با سرعت برشی کم، مناطق وسیعی از سنگهای بسیار داغ و متراکم هستند که یکی در زیر آفریقا و دیگری در زیر اقیانوس آرام واقع شده است. مناطق فوق کمسرعت به صورت تکههای نازک و مذابی ظاهر میشوند که مستقیماً روی هسته قرار دارند و شبیه استخرهای گدازه هستند. هر دو نوع به طور قابل توجهی امواج لرزهای را کند میکنند، که نشان میدهد ترکیب شیمیایی آنها با گوشته اطراف متفاوت است.
میازاکی، استادیار گروه علوم زمین و سیارهای در دانشکده هنر و علوم راتگرز، گفت: “اینها چیزهای عجیب و غریب تصادفی نیستند. آنها اثر انگشت اولین تاریخ زمین هستند. اگر بتوانیم دلیل وجود آنها را بفهمیم، میتوانیم بفهمیم که سیاره ما چگونه شکل گرفته و چرا قابل سکونت شده است.”
سیارهای که از اقیانوس ماگما متولد شده است
به گفته میازاکی، زمین میلیاردها سال پیش زمانی در یک اقیانوس ماگما جهانی احاطه شده بود. با سرد شدن سیاره، دانشمندان انتظار داشتند که گوشته به لایههای متمایزی از ترکیبات شیمیایی مختلف تبدیل شود، دقیقاً مانند نحوه جدا شدن شیره یخزده به یک لایه قندی و یک لایه آبی. با این حال، مشاهدات لرزهای نشان میدهد که این نوع لایهبندی واضح هرگز شکل نگرفته است. در عوض، بخشهای با سرعت برشی بزرگ و مناطق با سرعت بسیار کم به صورت خوشههای نامنظم در نزدیکی کف گوشته انباشته شدهاند.
میازاکی گفت: “این تناقض نقطه شروع بود. اگر از اقیانوس ماگما شروع کنیم و محاسبات را انجام دهیم، به آنچه امروز در گوشته زمین میبینیم، نمیرسیم. چیزی کم بود.”
همکاران او به این نتیجه رسیدند که قطعه گمشده، خود هسته است. مدل آنها نشان میدهد که طی میلیاردها سال، عناصری مانند سیلیکون و منیزیم از هسته به گوشته نشت کردهاند، با آن مخلوط شدهاند و از لایهبندی شیمیایی قوی جلوگیری کردهاند. این تزریق میتواند ترکیب عجیب بخشهای بزرگ با سرعت برشی کم و مناطق با سرعت فوقالعاده کم را توضیح دهد، که میتوان آنها را به عنوان بقایای جامد شده چیزی که دانشمندان آن را “اقیانوس ماگمای پایه” آلوده به مواد هسته مینامند، مشاهده کرد.
میازاکی گفت: “آنچه ما پیشنهاد کردیم این بود که ممکن است از موادی که از هسته نشت میکنند، ناشی شود. اگر جزء هسته را اضافه کنید، میتواند آنچه را که اکنون میبینیم توضیح دهد.”
پیامدهایی برای تکامل و سکونتپذیری زمین
میازاکی گفت این کشف چیزی بیش از شیمی اعماق زمین است. تعاملات هسته و گوشته ممکن است بر نحوه خنک شدن زمین، نحوه بروز فعالیتهای آتشفشانی و حتی نحوه تکامل جو تأثیر گذاشته باشد. این میتواند به توضیح اینکه چرا زمین اقیانوسها و حیات دارد، در حالی که زهره یک گلخانه سوزان و مریخ یک بیابان یخزده است، کمک کند.
میازاکی گفت: «زمین آب، حیات و جو نسبتاً پایداری دارد. جو زهره ۱۰۰ برابر ضخیمتر از جو زمین است و عمدتاً از دیاکسید کربن تشکیل شده است و مریخ جو بسیار نازکی دارد. ما کاملاً دلیل آن را درک نمیکنیم. اما آنچه در درون یک سیاره اتفاق میافتد، یعنی نحوه خنک شدن آن، نحوه تکامل لایههای آن، میتواند بخش بزرگی از پاسخ باشد.»
این مطالعه با ادغام دادههای لرزهای، فیزیک معدنی و مدلسازی ژئودینامیکی، بخشهای بزرگ با سرعت برشی کم و مناطق با سرعت فوقالعاده کم را به عنوان سرنخهای حیاتی برای فرآیندهای شکلگیری زمین بازتعریف کرد. این ساختارها حتی ممکن است نقاط داغ آتشفشانی مانند هاوایی و ایسلند را تغذیه کنند و اعماق زمین را به سطح آن متصل کنند.
جی دن گفت: «این کار نمونهای عالی از چگونگی ترکیب علوم سیارهای، ژئودینامیک و فیزیک معدنی است که میتواند به ما در حل برخی از قدیمیترین اسرار زمین کمک کند.»
جی از دانشگاه پرینستون، یکی از نویسندگان این مطالعه. «این ایده که گوشته عمیق هنوز میتواند حافظه شیمیایی تعاملات اولیه هسته-گوشته را در خود جای دهد، راههای جدیدی را برای درک تکامل منحصر به فرد زمین باز میکند.»
محققان با تکیه بر این ایده میگویند که هر مدرک جدید به پر کردن شکافها در تاریخ اولیه زمین کمک میکند و سرنخهای پراکنده را به تصویری واضحتر از تکامل آن تبدیل میکند.
میازاکی گفت: «حتی با سرنخهای بسیار کم، ما شروع به ساختن دبخشی میکنیم که منطقی است. این مطالعه به ما کمی اطمینان بیشتر در مورد چگونگی تکامل زمین و دلیل خاص بودن آن میدهد.»
