آتشفشان‌ها، الماس‌ها و حباب‌ها: زمین بیش از آنچه که فکر می‌کردیم متحرک است

مطالعات جدید دانشمندان استرالیایی بر روی تاریخ یک میلیارد ساله درونی سیاره زمین نشان می‌دهد که این سیاره بیشتر از آنچه که فکر می‌کردیم، فعالیت داشته است.

زمین در اعماق خود دو حباب به اندازه قاره‌ها دارد که یکی زیر قاره آفریقا و دیگری زیر اقیانوس آرام است. این حباب‌ها در عمق ۲۹۰۰ کیلومتری زیر سطح زمین و تقریباً در نیمه راه بین سطح و مرکز آن هستند. تصور می‌شود که آنها زادگاه ستون‌های برآمده سنگ مذاب موسوم به ستون‌های عمیق گوشته‌ای هستند که به سطح زمین می‌رسند.

ستون گوشته‌ای یا ستون جُبه‌ای (Mantle plume) ستون یا توده‌ای فرضی از سنگ‌های بسیار داغ موجود در گوشته زمین است که تا سطح زمین بالا آمده باشد، ستون‌های گوشته‌ای عامل ثانویه اتلاف حرارت از زمین به‌شمار می‌آیند.

جریان همرفتی باعث بالا آمدن ستون‌های تنه‌مانندی از سنگ‌های گرم گوشته در بعضی نقاط می‌شود که تحت عنوان ستون گوشته‌ای معروف شده‌اند. مفهوم ستون گوشته‌ای بیشتر جنبه فرضیه‌ای دارد، زیرا هیچگونه امکان برداشت و مشاهده مستقیم در این رابطه وجود ندارد. در همین رابطه تصور بر این است که این ستون‌ها از بخش‌های قاعده گوشته بالا آمده و پس از آنکه به صورت ستون‌های باریک از تمامی گوشته عبور می‌کنند، به سنگ‌کره می‌رسند.

هنگامی که این توده‌ها برای اولین بار به سطح زمین می‌رسند، فوران‌های آتشفشانی غول‌پیکر رخ می‌دهند که در انقراضهای گروهی موجودات زمین پیش نیز نقش داشته‌اند. این حباب‌ها همچنین ممکن است فوران نوعی سنگ به نام کیمبرلیت (Kimberlite) را کنترل کنند که الماس‌ها را از عمق ۱۲۰ تا ۱۵۰ کیلومتری و در برخی موارد تا حدود ۸۰۰ کیلومتری به سطح زمین می‌آورد.

دانشمندان از مدت‌ها پیش می‌دانستند که این حباب‌ها وجود دارند، اما نحوه رفتار آنها در طول تاریخ زمین همواره یک سوال بوده است. اکنون محققان در تحقیقات جدید خود، یک میلیارد سال تاریخ زمین را مدل‌سازی نموده و کشف کرده‌اند که این حباب‌ها در کنار هم جمع می‌شوند و مانند قاره‌ها و ابرقاره‌ها از هم جدا می‌شوند.

مدلی برای تکامل حباب زمین

همانطور که گفته شد، این حباب‌ها در گوشته زمین که لایه ضخیمی از سنگ داغ میان پوسته زمین و هسته آن است، قرار دارند. گوشته، جامد است اما به آرامی در بازه‌های زمانی طولانی و بسیار کند جریان دارد. ما می‌دانیم که حباب‌ها در آنجا هستند، زیرا امواج ناشی از زلزله را کاهش می‌دهند که نشان می‌دهد حباب‌ها داغ‌تر از محیط اطراف خود هستند.

دانشمندان عموماً توافق دارند که حباب‌ها با حرکت صفحات تکتونیکی در سطح زمین مرتبط هستند. با این حال، چگونگی تغییر حباب‌ها در طول تاریخ زمین آنها را گیج کرده است.

یک تصور این بوده است که حباب‌های کنونی به‌عنوان لنگر عمل کرده‌اند و صدها میلیون سال در جای خود قفل شده‌اند در حالی که سنگ‌های دیگر در اطراف آنها حرکت می‌کنند. با این حال می‌دانیم که صفحات تکتونیکی و ستون‌های گوشته‌ای در طول زمان حرکت می‌کنند و تحقیقات نشان می‌دهد که شکل حباب‌ها همواره در حال تغییر است.

اکنون تحقیقات جدید نشان داده است که حباب‌های زمین بسیار بیشتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد، شکل و مکان خود را تغییر داده‌اند. در واقع، در طول تاریخ آنها به همان شکلی که قاره‌ها و ابرقاره‌ها در سطح زمین حرکت کرده‌ و از هم جدا شده‌اند، در حرکت بوده و هستند.

محققان از داده‌های موسسه تحقیقاتی زیرساخت‌های محاسباتی ملی استرالیا (National Computational Infrastructure) برای اجرای شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای پیشرفته از نحوه جریان یافتن گوشته زمین طی یک میلیارد سال استفاده کردند. این مدل‌ها مبتنی بر بازسازی حرکات صفحات تکتونیکی هستند. هنگامی که صفحات به یکدیگر فشار می‌آورند، کف اقیانوس بین آنها در فرآیندی به نام فرورانش به پایین رانده می‌شود. سنگ سرد از کف اقیانوس به عمق بیشتر و بیشتر در گوشته فرو می‌رود و هنگامی که به عمق حدود ۲۰۰۰ کیلومتری می‌رسد، حباب‌های داغ را کنار می‌زند.

ما متوجه شدیم که حباب‌ها درست مانند قاره‌ها می‌توانند مانند پیکربندی فعلی‌شان جمع شوند و “ابرحباب‌ها” را تشکیل دهند و در طول زمان از هم جدا شوند. یکی از جنبه‌های کلیدی مدل‌های ما این است که اگرچه حباب‌ها در طول زمان موقعیت و شکل خود را تغییر می‌دهند، اما همچنان با الگوی فوران‌های آتشفشانی و کیمبرلیت ثبت‌ شده در سطح زمین مطابقت دارند. این الگو قبلاً یک استدلال کلیدی برای حباب‌ها به‌عنوان یک لنگر بی‌حرکت بود.

مدل‌های ما به طور شگفت انگیزی حباب آفریقایی را نشان می‌دهند که به تازگی در ۶۰ میلیون سال پیش جمع آوری شده است و در تضاد کامل با فرضیه‌های قبلی، این حباب تقریباً به شکل کنونی خود تقریباً از ۱۰ برابر بیشتر از این مدت وجود داشته است.

بیشتر بخوانید: حباب های عجیب گوشته زمین می توانند باقی مانده یک اقیانوس ماگمای قدیمی باشند

سوالات باقی‌مانده در مورد حباب‌ها

حباب‌ها چگونه به وجود آمده‌اند؟ دقیقا از چه چیزی ساخته شده‌اند؟ پاسخ این است که ما هنوز نمی‌دانیم. حباب ها ممکن است متراکم‌تر از گوشته اطراف باشند و به همین دلیل می‌توانند از مواد جدا شده از بقیه گوشته در اوایل تاریخ زمین تشکیل شده باشند. این می‌تواند توضیح دهد که چرا ترکیب معدنی زمین با آنچه از مدل‌های مبتنی بر ترکیب شهاب‌سنگ‌ها انتظار می‌رود، متفاوت است.

از طرف دیگر، چگالی حباب‌ها را می‌توان با تجمع مواد اقیانوسی متراکم از صفحات سنگی که توسط حرکت صفحات تکتونیکی به پایین رانده شده است، توضیح داد. محققان می‌گویند صرف‌نظر از این بحث، کار ما نشان می‌دهد که تخته‌های در حال غرق شدن بیشتر احتمال دارد که قطعات قاره‌ها را به لکه آفریقا منتقل کنند، تا به لکه اقیانوس آرام. جالب توجه است که این نتیجه‌گیری با مطالعه اخیر که نشان می‌دهد منبع ستون‌های گوشته‌ای برخاسته از لکه آفریقایی حاوی مواد قاره‌ای است، مطابقت دارد، در حالی که ستون‌های برآمده از لکه اقیانوس آرام چنین نیستند.

ردیابی حباب‌ها برای یافتن مواد معدنی و الماس

محققان می‌گویند در حالی که کار ما به سوالات اساسی در مورد تکامل سیاره زمین می‌پردازد، کاربردهای عملی نیز دارد. مدل‌های ما چارچوبی را برای هدف قرار دادن دقیق‌تر مکان مواد معدنی مرتبط با بالا آمدن گوشته ارائه می‌کنند که شامل الماس‌هایی است که توسط کیمبرلیت‌ها به سطح می‌آیند و به نظر می‌رسد با حباب‌ها مرتبط باشند.

رسوبات سولفید ماگمایی که ذخیره اولیه نیکل در جهان هستند نیز با ستون‌های گوشته‌ای مرتبط هستند و مدل‌های ما با کمک به مواد معدنی مورد هدف مانند نیکل (یک عنصر ضروری در ساخت باتری‌های لیتیوم-یونی و سایر فناوری‌های انرژی تجدیدپذیر) می‌توانند به گذار به اقتصادی که آلایندگی کمی داشته باشد، کمک کنند.

.

بیشتر بخوانید: معدن الماس میرنی، بزرگترین معدن الماس جهان