وبلاگ

تجزیه و تحلیل جدید از جریان گدازه های باستانی قطب شمال کانادا نشان می دهد که هلیوم به دام افتاده در هسته زمین می تواند به آرامی به گوشته نشت کند و سپس به سطح برسد – ایده ای که درک علمی از عملکرد درونی سیاره ما را به چالش می کشد.

این آخرین شواهد برای حمایت از این فرضیه است که “مخازن” اولیه هلیوم و سایر عناصر در هسته زمین زمانی که خورشید جوان و پیش سیاره ها از ابری از گاز و غبار بیش از 4.5 میلیارد سال پیش ادغام شدند.

نویسنده اصلی این مطالعه جدید می‌گوید: یافته‌ها نشان می‌دهد که در قسمت‌های عمیق سیاره ما، گازها از زمان شکل‌گیری زمین حفظ شده‌اند. فارست هورتونژئوشیمیدان در موسسه اقیانوس شناسی Woods Hole.

دانشمندان می‌توانند ایده‌ای در مورد اینکه اتم کجاست به دست آورند هلیوم این از بررسی تعداد نوترون های هسته آن ناشی می شود، عددی که انواع یا ایزوتوپ های مختلف عنصر را متمایز می کند. به عنوان مثال، ایزوتوپ هلیوم 3 که دارای دو پروتون و یک نوترون است، در ستارگان و در طی انفجار بزرگ ایجاد شد. این ایزوتوپ در زمین بسیار نادر است.

در همین حال، هلیوم-4، که بیشتر گازی را تشکیل می دهد که بالن های مهمانی را پر می کند و به خنک کردن دستگاه های MRI کمک می کند، در هر هسته دو پروتون و دو نوترون دارد. این ایزوتوپ در زمین نسبتا رایج است، جایی که از تجزیه طبیعی رادیواکتیو اورانیوم و توریم در داخل سیاره ما تشکیل شده است.

برای مطالعه جدیدی که بود منتشر شده در طبیعتهورتون و همکارانش نمونه‌هایی از جریان‌های گدازه‌ای ۶۲ میلیون ساله را در جزیره بافین شرقی، جزیره‌ای قطب شمال در شمال کانادا که پوشیده از سنگ، برف و یخ است و خرس‌های قطبی در آن زندگی می‌کنند، تجزیه و تحلیل کردند. زمین شناسان چندین دهه است که گدازه را مورد مطالعه قرار داده اند تا سعی کنند بیشتر در مورد نحوه عملکرد گوشته زمین بیاموزند. به عنوان مثال، در مطالعه ای که در سال 2003 منتشر شد، محققان برای اولین بار دریافتند سطوح غیر طبیعی بالا از هلیوم 3، در مقایسه با هلیوم 4، در گدازه ها – بالاترین رکوردی که تاکنون در سنگ های داخل زمین و تا 50 برابر نسبت در جو ثبت شده است. مطابق با تئوری های زمین شناسی رایج، آنها استدلال کردند که هلیوم 3 احتمالاً از یک مخزن اولیه هلیوم در گوشته، لایه ای از داخل زمین در زیر پوسته آمده است.

در تابستان 2018، تیم هورتون تصمیم گرفت این نتایج را با یک سفر دو هفته‌ای به جزیره بافین برای جمع‌آوری نمونه‌های گدازه تکرار کند. در آزمایشگاه های Woods Hole و Caltech، محققان ماده معدنی به نام الیوین را در نمونه ها تجزیه و تحلیل کردند که حاوی پاکت های میکروسکوپی از گاز هلیوم بود. این گاز به دام افتاده حتی نسبت هلیوم 3 به هلیوم 4 بالاتری داشت که حداقل 65 و تا 69 برابر نسبت اتمسفر بود.

هورتون می گوید که نسبت ایزوتوپ هلیوم بالا در سنگ های آتشفشانی سایر نقاط داغ در سراسر جهان مانند هاوایی و جزایر گالاپاگوس نیز یافت می شود. با این حال، نسبت‌های موجود در گدازه‌های جزیره بافین تقریباً دو برابر نسبت‌هایی است که در هر جای دیگر یافت می‌شود.

این یافته‌های بی‌سابقه به تیم هورتون نشان داد که هلیوم از گوشته نمی‌آید، بلکه از منبعی حتی عمیق‌تر می‌آید: هسته زمین. او می گوید که گدازه ها حاوی عناصر دیگری مانند نئون با نسبت ایزوتوپی هستند که نشان می دهد ممکن است از هسته آمده باشند. این احتمال پیامدهایی برای تشکیل زمین و سایر سیارات، از جمله سیارات فراخورشیدی در اطراف ستارگان دیگر دارد.

اما چگونه این گاز اولیه به سطح زمین می رسد؟ هورتون پیشنهاد می کند که هلیوم ممکن است ابتدا از قسمت های بیرونی هسته سیاره به گوشته مجاور جریان داشته باشد. سپس هلیوم ممکن است در یک ستون سنگی شناور در گوشته بالا آمده باشد که با بالا آمدن آن ذوب شد، به طوری که ماگمای حاصل در نهایت به صورت گدازه به سطح فوران کرد.

هورتون می‌گوید اگر چنین است، این یافته‌ها به ژئوشیمی‌دانان نگاهی نادر به فرآیندهایی می‌دهد که در مرز بین هسته و گوشته زمین، تقریباً 3000 کیلومتر زیر پای ما رخ می‌دهند.

این یافته ها همچنین ممکن است بر طرز فکر دانشمندان در مورد تکامل سیاره ما تأثیر بگذارد. در مراحل اولیه شکل گیری زمین، هلیوم و گازهای دیگر ممکن است در گوشته سنگی فراوان بوده باشند. اما هورتون می‌گوید این فرضیه که هلیوم از هسته بیرون می‌رود، نشان می‌دهد که تقریباً تمام هلیوم اولیه از قسمت‌های سنگی سیاره ما در طی مراحل بعدی «اختلاط همرفتی» در گوشته از بین رفته است، بنابراین ممکن است گوشته کاملاً مخلوط شود. از آنچه قبلا تصور می شد

با این حال، هورتون هشدار می دهد که این هنوز پاسخی قطعی به بحث ژئوشیمی در مورد منشاء هلیوم زمین و سایر گازهای “نجیب” یا غیرواکنش آن، که شامل نئون و آرگون است، نیست. ژئوشیمی‌دانان مدت‌هاست که این سوال را مطرح کرده‌اند که آیا این گازها از مخازن اولیه می‌آیند یا پس از تشکیل سیاره ما در اثر تابش باد خورشیدی یا شهاب‌سنگ‌های حامل هلیوم به آن اضافه شده‌اند.

و در حالی که شواهد جدید نشان می دهد که گازها از هسته خارج می شوند، هورتون خاطرنشان می کند که این به طور مطلق ثابت نشده است. او می‌گوید: «من می‌توانم بگویم هنوز ابهام زیادی در مورد اینکه آیا هلیوم از هسته می‌آید یا خیر وجود دارد.

کارشناسان در مورد نتایجی که می توانند از این مطالعه بگیرند، اختلاف نظر دارند. کلاس کورنلیایک ژئوشیمیدان در رصدخانه زمین لامونت-دوهرتی دانشگاه کلمبیا که در این مطالعه شرکت نداشت، فکر می کند هورتون ممکن است بیش از حد محتاط باشد. در واقع، او می گوید، آخرین مطالعه “شواهد بسیار خوبی” برای این استدلال است که هلیوم از هسته نشت می کند.

اما یک ژئوشیمی مانوئل موریرا از رصدخانه علوم فضایی در دانشگاه اورلئان فرانسه، که او نیز در این مطالعه شرکت نداشت، مبهم‌تر است. او می گوید: «ادعای مکرر مبنی بر اینکه هلیوم ذخیره شده و متعاقباً از هسته نشت می کند، حدس و گمان است. با این وجود، این تحقیق به درک بیشتر منشا گازهای نجیب روی زمین کمک می کند.