بقايا كيميائية محتملة من الأرض المبكرة تقع بالقرب من اللب – ScienceDaily

لنقم برحلة إلى أعماق الأرض ، نزولاً عبر القشرة والعباءة حتى النخاع تقريبًا. سنستخدم الموجات الزلزالية لإظهار الطريق ، لأنها ترتد عبر الكوكب بعد الزلزال وتكشف عن بنيته الداخلية مثل موجات الرادار.

بالقرب من القلب ، توجد مناطق تتباطأ فيها الموجات الزلزالية إلى حد الزحف. وجد بحث جديد من جامعة يوتا أن هذه المناطق ذات السرعة المنخفضة للغاية والغامضة والمسماة وصفًا لها طبقات مدهشة. تشير النمذجة إلى أنه من الممكن أن تكون بعض هذه المناطق عبارة عن بقايا من العمليات التي شكلت الأرض المبكرة – بقايا خلط غير مكتمل مثل كتل الدقيق في قاع وعاء الخليط.

ثورن ، الأستاذ المساعد في قسم الجيولوجيا والجيوفيزياء: “من بين جميع الميزات التي نعرفها في الوشاح العميق ، تمثل مناطق السرعة المنخفضة للغاية ما قد يكون الأكثر تطرفاً”. “في الواقع ، هذه بعض من أكثر السمات تطرفاً الموجودة في أي مكان على هذا الكوكب.”

تم نشر الدراسة في علوم الأرض الطبيعية ويتم تمويله من قبل مؤسسة العلوم الوطنية.

في عباءة

دعونا نراجع كيف يتم هيكلة باطن الأرض. نحن نعيش على القشرة ، طبقة رقيقة من الصخور الصلبة. بين القشرة ولب الحديد والنيكل في مركز الكوكب هو الوشاح. إنه ليس محيطًا من الحمم البركانية – بدلاً من ذلك يشبه الصخور الصلبة ، ولكنه حار وله القدرة على الحركة التي تدفع حركة الصفائح التكتونية على السطح.

كيف يمكن أن يكون لدينا أي فكرة عما يحدث في الوشاح واللب؟ موجات زلزالية. أثناء تموجها عبر الأرض بعد الزلزال ، يمكن للعلماء على السطح قياس كيف ومتى تصل الأمواج إلى محطات المراقبة في جميع أنحاء العالم. من خلال هذه القياسات ، يمكنهم حساب كيفية انعكاس الموجات وانحرافها بواسطة الهياكل الموجودة داخل الأرض ، بما في ذلك الطبقات ذات الكثافة المختلفة. هذه هي الطريقة التي نعرف بها الحدود بين القشرة والوشاح واللب – وجزئيًا كيف نعرف ما هي مكوناتها.

تقع مناطق السرعة المنخفضة للغاية في الجزء السفلي من الوشاح ، فوق اللب الخارجي للمعدن السائل. في هذه المناطق ، تتباطأ الموجات الزلزالية بمقدار النصف ، وترتفع الكثافة بمقدار الثلث.

اعتقد العلماء في البداية أن هذه المناطق عبارة عن مناطق ذوبان فيها الوشاح جزئيًا ، وربما تكون مصدرًا للصهارة لما يسمى بالمناطق البركانية “الساخنة” مثل آيسلندا.

يقول ثورن: “لكن معظم الأشياء التي نطلق عليها مناطق السرعة المنخفضة للغاية لا يبدو أنها تقع تحت براكين النقاط الساخنة ، لذا لا يمكن أن تكون القصة كاملة.”

لذلك شرع ثورن ، عالم ما بعد الدكتوراه سوريا باتشاي وزملاؤه من الجامعة الوطنية الأسترالية وجامعة ولاية أريزونا وجامعة كالجاري في استكشاف فرضية بديلة: أن مناطق السرعة المنخفضة للغاية قد تكون مناطق مكونة من صخور مختلفة عن بقية المناطق. عباءة – وأن تكوينها قد يعود إلى بدايات الأرض.

يقول ثورن ، ربما ، يمكن أن تكون مناطق السرعة المنخفضة للغاية عبارة عن مجموعات من أكسيد الحديد ، والتي نراها كصدأ على السطح ولكنها يمكن أن تتصرف كمعدن في الوشاح العميق. إذا كان الأمر كذلك ، فقد تؤثر جيوب أكسيد الحديد الموجودة خارج اللب مباشرة على المجال المغناطيسي للأرض الذي يتولد أسفله مباشرة.

يقول باتشاي: “ترتبط الخصائص الفيزيائية لمناطق السرعة المنخفضة جدًا بأصلها ،” والتي بدورها توفر معلومات مهمة حول الحالة الحرارية والكيميائية ، وتطور وديناميكيات الوشاح الأرضي الأدنى – وهو جزء أساسي من الحمل الحراري في الوشاح. يقود الصفائح التكتونية “.

الموجات الزلزالية ذات الهندسة العكسية

للحصول على صورة واضحة ، درس الباحثون مناطق السرعة المنخفضة للغاية تحت بحر المرجان ، بين أستراليا ونيوزيلندا. إنه موقع مثالي بسبب وفرة الزلازل في المنطقة ، والتي توفر صورة زلزالية عالية الدقة لحدود الوشاح الأساسي. كان الأمل في أن تكشف الملاحظات عالية الدقة المزيد عن كيفية تجميع مناطق السرعة المنخفضة للغاية معًا.

لكن الحصول على صورة زلزالية لشيء ما عبر قرابة 1800 ميل من القشرة والعباءة ليس بالأمر السهل. كما أنها ليست قاطعة دائمًا – فقد تعكس طبقة سميكة من مادة منخفضة السرعة الموجات الزلزالية بنفس الطريقة التي تعكس بها طبقة رقيقة من مادة منخفضة السرعة.

لذلك استخدم الفريق نهج الهندسة العكسية.

يقول باتشاي: “يمكننا إنشاء نموذج للأرض يتضمن تخفيضات شديدة الانخفاض في سرعة الموجة” ، ثم تشغيل محاكاة حاسوبية تخبرنا كيف ستبدو أشكال الموجات الزلزالية إذا كان هذا هو الشكل الفعلي للأرض. الخطوة التالية هي مقارنة تلك التسجيلات المتوقعة بالتسجيلات التي لدينا بالفعل “.

على مدى مئات الآلاف من عمليات تشغيل النماذج ، فإن الطريقة ، المسماة “انعكاس بايزي” ، تنتج نموذجًا قويًا رياضيًا للداخل مع فهم جيد لشكوك ومقايضات الافتراضات المختلفة في النموذج.

أحد الأسئلة المحددة التي أراد الباحثون الإجابة عنها هو ما إذا كانت هناك هياكل داخلية ، مثل الطبقات ، داخل مناطق السرعة المنخفضة للغاية. الجواب ، وفقًا للنماذج ، هو أن الطبقات مرجحة للغاية. هذه مشكلة كبيرة ، لأنها توضح الطريق لفهم كيفية ظهور هذه المناطق.

يقول باتشاي: “على حد علمنا ، هذه هي الدراسة الأولى التي تستخدم مثل هذا النهج البايزي في هذا المستوى من التفاصيل للتحقيق في مناطق السرعة المنخفضة للغاية ،” كما أنها أول دراسة تظهر طبقات قوية داخل منطقة سرعة منخفضة للغاية . “

إذا نظرنا إلى الوراء في أصول الكوكب

ماذا يعني أن هناك طبقات محتملة؟

منذ أكثر من أربعة مليارات سنة ، بينما كان الحديد الكثيف يغرق في قلب الأرض المبكرة ، وكانت المعادن الأخف وزنًا تطفو في الوشاح ، ربما يكون جسم كوكبي بحجم المريخ قد اصطدم بالكوكب الرضيع. قد يكون الاصطدام قد ألقى حطامًا في مدار الأرض يمكن أن يكون قد شكل القمر لاحقًا. كما أنها رفعت درجة حرارة الأرض بشكل كبير – كما قد تتوقع من كوكبين اصطدموا ببعضهم البعض.

يقول باتشاي: “نتيجة لذلك ، تشكلت كتلة كبيرة من المواد المنصهرة ، تُعرف باسم محيط الصهارة”. كان “المحيط” يتكون من الصخور والغازات والبلورات المعلقة في الصهارة.

كان المحيط سيصنف نفسه عندما يبرد ، مع غرق المواد الكثيفة وطبقاتها في قاع الوشاح.

على مدار المليارات من السنين التالية ، بينما كان الوشاح يتخبط ويتحول إلى الحمل الحراري ، كان من الممكن دفع الطبقة الكثيفة إلى بقع صغيرة ، لتظهر كمناطق ذات طبقات منخفضة السرعة للغاية نراها اليوم.

“لذا فإن النتيجة الأولية والأكثر إثارة للدهشة هي أن مناطق السرعة المنخفضة للغاية ليست متجانسة ولكنها تحتوي على تغايرات قوية (اختلافات هيكلية وتركيبية) داخلها ، كما يقول باتشاي. “يغير هذا الاكتشاف وجهة نظرنا حول أصل وديناميكيات مناطق السرعة المنخفضة للغاية. لقد وجدنا أن هذا النوع من مناطق السرعة المنخفضة للغاية يمكن تفسيره من خلال عدم التجانس الكيميائي الذي تم إنشاؤه في بداية تاريخ الأرض وأنهم لم يفعلوا ذلك بعد. ممزوجة جيدًا بعد 4.5 مليار سنة من الحمل الحراري في الوشاح “.

ليست الكلمة الأخيرة

تقدم الدراسة بعض الأدلة على أصول بعض مناطق السرعة المنخفضة للغاية ، على الرغم من أن هناك أيضًا أدلة تشير إلى أصول مختلفة للآخرين ، مثل ذوبان قشرة المحيط التي تغرق مرة أخرى في الوشاح. ولكن إذا كانت بعض مناطق السرعة المنخفضة للغاية على الأقل هي بقايا من الأرض المبكرة ، فإنها تحافظ على بعض من تاريخ الكوكب الذي فُقد بطريقة أخرى.

يقول باتشاي: “لذلك ، يوفر اكتشافنا أداة لفهم الحالة الحرارية والكيميائية الأولية لغطاء الأرض ، وتطورها على المدى الطويل.”

التعليقات

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.