انتقدت فرضية "العقيق المعدني".. دراسة جديدة تفسر كيف تكونت قارات الأرض

Apollo 8 pilot Bill Anders took this iconic photo of Earth from lunar orbit on Christmas Eve, Dec. 24, 1968. Earth’s continents—unique in the solar system—are visible, rising above the ocean. A study, published today in Science, uses laboratory experiments to show that the iron-depleted, oxidized chemistry typical of Earth’s continental crust likely did not come from crystallization of the mineral garnet, as a popular explanation proposed in 2018. One of the key consequences of Earth’s continental crust’s low iron content relative to oceanic crust is that it makes the continents less dense and more buoyant, causing the continental plates to sit higher atop the planet’s mantle than oceanic plates. This discrepancy in density and buoyancy is a major reason that the continents feature dry land while oceanic crusts are underwater, as well as why continental plates always come out on top when they meet oceanic plates at subduction zones. الصورة من ناسا — التركيب الفقير إلى الحديد في القشرة القارية سبب رئيس وراء وقوف أجزاء شاسعة من سطح الأرض فوق مستوى سطح البحر (ناسا)

9/5/2023

قدمت دراسة علمية جديدة فهما أعمق لقشرة الأرض من خلال اختبار وإلغاء فرضية شائعة حول سبب انخفاض مستوى الحديد في القشرة القارية وزيادة تأكسدها مقارنة بالقشرة المحيطية.

ويعد التركيب الفقير إلى الحديد في القشرة القارية سببا رئيسا وراء وقوف أجزاء شاسعة من سطح الأرض فوق مستوى سطح البحر كأرض جافة، وذلك ما يجعل الحياة الأرضية ممكنة اليوم.

وتقدم الدراسة التي نشرت يوم 4 مايو/أيار الجاري في دورية "ساينس" (Science) تجارب معملية لإظهار أن الكيمياء المؤكسدة المستنفدة للحديد في القشرة القارية للأرض لم تأت على الأرجح من تبلور العقيق المعدني، كما اقترح تفسير شائع في عام 2018.

فرضية العقيق المعدني

على مر سنوات افترض العلماء أن تبلور العقيق في الصهارة تحت البراكين كان مسؤولا عن إزالة الحديد من قشرة الأرض وسمح لها بالبقاء طافية فوق المحيطات، ولكن في الدراسة الجديدة يشكك المؤلفون في هذه النظرية.

تنقسم قشرة الأرض إلى فئتين: القشرة القارية الأقدم والأكثر سمكا، والقشرة المحيطية الأصغر والأكثر كثافة. تتشكل قشرة قارية جديدة عند تمرير لبنات بنائها إلى سطح الأرض من البراكين القوسية القارية.

وتوجد هذه البراكين القوسية في أجزاء من الكرة الأرضية حيث تغرق الصفائح المحيطية تحت الصفائح القارية، وهي مناطق تسمى مناطق الاندساس.

وتتصف القشرة القارية بانخفاض مستويات الحديد فيها، ومن ثم قدرتها على الطفو وتشكيل اليابسة التي تكوّن القارات التي نعيش عليها فوق مستويات سطح البحر.

ولاختبار فرضية العقيق، حاكى الفريق ظروف الضغط الهائل والحرارة الموجودين أسفل براكين القوس القاري باستخدام مكابس مختبر الضغط العالي لمتحف "سميثسونيان" وفي جامعة كورنيل.

يمكن لهذه المكابس الصغيرة الحجم المكونة من الفولاذ و"كربيد التنجستن" إحداث ضغوط هائلة على عينات الصخور الصغيرة عند تسخينها بواسطة فرن أسطواني.

ووفقا للنتائج، فقد كانت الضغوط الناتجة تعادل 15 ألفا إلى 30 ألف مرة تلك الناتجة عن الغلاف الجوي للأرض، وكانت درجات الحرارة المتولدة بين 950 و1230 درجة مئوية، وهي حرارة مرتفعة بدرجة كافية لإذابة الصخور.

A microscope image from an experiment conducted for this study. The image contains glass (brown), large garnets (pink) and other small mineral crystals. The field of view is 410 microns wide, about size of a sugar crystal. A study, published today in Science, uses laboratory experiments to show that the iron-depleted, oxidized chemistry typical of Earth’s continental crust likely did not come from crystallization of the mineral garnet, as a popular explanation proposed in 2018. The iron-poor composition of continental crust is a major reason why vast portions of the Earth’s surface stand above sea level as dry land, making terrestrial life possible today. In 13 different experiments, the research team grew samples of garnet from molten rock inside a piston-cylinder press, a device designed to simulate pressure and temperature conditions inside magma chambers deep in Earth’s crust. The pressures used in the experiments ranged from 1.5 to 3 gigapascals—that is roughly 15,000 to 30,000 Earth atmospheres of pressure or 8,000 times more pressure than inside a can of soda. Temperatures ranged from 950 to 1,230 degrees Celsius, which is hot enough to melt rock. — نموذج بلورة العقيق هو تفسير غير مرجح لسبب تأكسد الصهارة من البراكين القارية واستنفاد الحديد (يوريك ألرت)

تحليل العقيق في المختبر

وقد أجرى المؤلفون 13 اختبارا معمليا مختلفا تضمنت تعريض عينات من العقيق من الصخور المنصهرة لضغط ودرجات حرارة تحاكي الظروف داخل غرف الصهارة في أعماق قشرة الأرض. وتم تحليل هذا العقيق في المختبر باستخدام التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية، ثم مقارنة النتائج مع العقيق بتركيزات معروفة من الحديد المؤكسد وغير المؤكسد.

وقد كشفت نتائج تلك الاختبارات أن العقيق لم يدمج ما يكفي من الحديد غير المؤكسد من عينات الصخور لحساب مستويات استنفاد الحديد والأكسدة الموجودة في الصهارة التي تشكل اللبنات الأساسية للقشرة القارية للأرض. وتشير النتائج إلى أن نموذج بلورة العقيق هو تفسير غير مرجح لسبب تأكسد الصهارة من البراكين القارية واستنفاد الحديد.

وقالت المؤلفة المشاركة في الدراسة إليزابيث كوتريل، الباحثة الجيولوجية في متحف "سميثسونيان" الوطني للتاريخ الطبيعي، إن هذه النتائج تجعل نموذج بلورة العقيق تفسيرا بعيد الاحتمال للغاية لسبب تأكسد الصهارة من براكين القوس القاري ونفاد الحديد، وإن من المرجح أن الظروف في وشاح الأرض أسفل القشرة القارية هي التي تهيئ تلك الظروف المؤكسدة.

وأضافت كوتريل في البيان الصحفي المنشور على موقع "يوريك ألرت" (EurekAlert) أن نتائج الدراسة تطرح مزيدا من الأسئلة تتعلق بتفسيرات الأسباب التي تؤدي إلى الأكسدة أو استنفاد الحديد، وتتساءل: "إذا لم يكن تبلور العقيق في القشرة وهو شيء يتعلق بكيفية وصول الصهارة من الوشاح، فما الذي يحدث في الوشاح؟ كيف تم تعديل مركباته؟".

وتشير الباحثة إلى أن من الصعب الإجابة عن تلك الأسئلة في الوقت الحالي، لكن النظرية الرئيسة الآن هي أن الكبريت المؤكسد يمكن أن يؤكسد الحديد.

المصدر : مواقع إلكترونية + يوريك ألرت