لاستكشاف الأعماق، تم نشر المقال مؤخرًا في مجلة NATURE المرموقة
ما هي الخصائص الدقيقة للسائل المختبئ في أعماق الأرض وما هي التغيرات التي يتعرض لها أثناء تدفقه في الأعماق؟ يمكن العثور على إجابات لهذه الأسئلة في مقال ظهر مؤخرًا في مجلة Nature المرموقة. كتب المقال د. رونيت كيسيل من معهد علوم الأرض في الجامعة العبرية بالاشتراك مع البروفيسور ماكس شميد، البروفيسور بيتر أولمر والدكتور توماس باتكي من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ.
وفي هذه الدراسة الفريدة، حدد الباحثون لأول مرة خصائص السوائل المنطلقة من الصفائح التي تهبط إلى الأرض، على أعماق 180-120 كيلومترا وعند درجات حرارة تتراوح بين 700 إلى 1200 درجة مئوية. ومن أجل تحديد خصائص السوائل التي تشارك في كل مرحلة من مراحل دورة الماء داخل الكرة، طور الباحثون طريقة تحليلية تجريبية جديدة يمكن بموجبها اختبار تركيبة كل مرحلة يمر بها السائل مباشرة في التجارب في ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة.
ووفقا للدكتور كيسيل "على الرغم من أن الأرض كوكب صلب، إلا أن الماء يلعب دورا مركزيا في تطور بنيته. ويؤثر وجود الماء على عمق ودرجة الحرارة وتركيبة الصخور المنصهرة التي تتواجد في أعماق "أحشاء" الأرض.
"تتكون الأرض من صفائح تتحرك بالنسبة لبعضها البعض. عندما تصطدم صفيحتان ببعضهما بقوة، قد تدفع إحداهما الأخرى إلى أعماق الأرض، حاملة معها السوائل إلى أعماق الوشاح (المنطقة الواقعة بين القشرة الأرضية ونواة الأرض) على شكل معادن، التي تحتوي على الماء (المعادن المائية)."
مثل الإسفنجة التي تطلق الماء الموجود فيها عند ضغطها، فتطلق المعادن المائية السوائل عندما تدخل اللوحة إلى أعماق تتراوح بين 200-50 كيلومتر، وتسرع من ذوبان صخور الوشاح وتخلق مادة منصهرة تسمى الصهارة والتي تثور في النهاية إلى البراكين. الانفجارات البركانية هي التي تعيد تكوين الغلاف الصخري (قشرة الأرض). فجزر بحر إيجة في جنوب اليونان، على سبيل المثال، عبارة عن براكين تتشكل بهذه الطريقة (وأشهرها جزيرة سانتوريني التي ثارت في القرن السادس عشر قبل الميلاد).
أثناء الثوران، تنبعث البراكين العديد من الغازات، مثل ثاني أكسيد الكربون، إلى الغلاف الجوي. تتسبب هذه الغازات في تكاثف الغيوم والأمطار، وبالتالي فإن الماء الذي يحمل إلى الداخل إلى أعماق الأرض يؤثر على كمية الأمطار فوق سطح الكرة الأرضية. وفوق ذلك فإن السوائل الموجودة في أعماق الأرض تحتوي على الكثير من المواد الذائبة التي تنقلها من مكان إلى آخر. إن حركة المياه في الأعماق تتسبب في حركة العناصر المختلفة من مكان إلى آخر، بما في ذلك العناصر ذات الأهمية الاقتصادية العالية، مثل الكروم والنيكل والفاناديوم.
وركز عمل الباحثين على كمية المياه المنطلقة من البلاطة التي تهبط في الأعماق، وكمية المواد الذائبة التي تحتوي عليها الألواح، والتوقيت الذي يتم فيه إطلاقها من البلاطة ونقلها إلى صخور الوشاح.
وأظهرت نتائج الدراسة أنه حتى أعماق 180 كم يوجد نوعان مختلفان من السوائل. أحدهما، يتشكل عند درجات حرارة منخفضة نسبيًا، وهو سائل غني بالماء (70-90٪) مع كمية صغيرة فقط من المادة المذابة. والسائل الثاني هو الصهارة الغنية بالمواد الذائبة ونسبة الماء 10-30% منها فقط. ويتشكل الاتجاه عند درجات حرارة عالية أثناء ذوبان صفيحة الهبوط.
على عمق 180 كيلومترًا، يوجد نوع واحد فقط من المكونات السائلة يسمى السائل فوق الحرج. السائل واتجاهه على أعماق تصل إلى 180 كم له طابع محدد. وبعد 180 كيلومترا، لم يعد من الممكن التمييز بين السائل والاتجاه. السائل فوق الحرج له طابع متغير. وهذه الظاهرة موجودة أيضًا في الماء. فوق ضغط ودرجة حرارة معينة، لا يمكن التمييز بين السائل والبخار ولكن لدينا بخار.
ووجد الباحثون أن العناصر المختلفة لها درجات مختلفة من الذوبان في أنواع مختلفة من السوائل. أي أن السوائل والصهارة والسوائل فوق الحرجة تنقل العناصر بطرق مختلفة من الصفيحة التي تهبط إلى صخور الوشاح ومن هناك إلى الحمم البركانية التي تثور في البراكين.
ويؤكد الباحثون أنه من الضروري التمييز بين الصهارة والسوائل والسوائل فوق الحرجة، من أجل توصيف دورة المياه في الوشاح وفهم العلاقة بين صفيحة الهبوط والانفجارات البركانية بشكل أفضل، وكذلك كمية المواد التي يتم نقلها في باطن الارض .
