يصدأ الصلب بالماء والهواء على سطح الأرض. ولكن ماذا عن أعماق باطن الأرض؟
نواة الأرض هي أكبر مخزون للكربون على الأرض – ما يقرب من 90 ٪ مدفون هناك. أظهر العلماء أن القشرة المحيطية التي تجلس على قمة الصفائح التكتونية وتسقط في الداخل ، من خلال الاندساس ، تحتوي على معادن مائية ويمكن أن تنزل أحيانًا على طول الطريق إلى حدود الوشاح الأساسي. تكون درجة الحرارة عند حدود الوشاح الأساسي ضعف درجة حرارة الحمم البركانية على الأقل ، وهي مرتفعة بدرجة كافية بحيث يمكن إطلاق الماء من المعادن المائية. لذلك ، يمكن أن يحدث تفاعل كيميائي مشابه لصدأ الفولاذ عند حدود غلاف الأرض.
نشر Byeongkwan Ko ، وهو خريج دكتوراه حديث في جامعة ولاية أريزونا ، ومعاونوه نتائجهم حول حدود الوشاح الأساسي في رسائل البحوث الجيوفيزيائية . أجروا تجارب في مصدر الفوتون المتقدم في مختبر أرغون الوطني ، حيث قاموا بضغط سبائك الحديد والكربون والماء معًا إلى الضغط ودرجة الحرارة المتوقعة عند حدود الأرض الأساسية ، مما أدى إلى ذوبان سبائك الحديد والكربون.
وجد الباحثون أن الماء والمعادن يتفاعلان ويصنعان أكاسيد الحديد وهيدروكسيدات الحديد ، تمامًا كما يحدث مع الصدأ على سطح الأرض. ومع ذلك ، فقد وجدوا أنه بالنسبة لظروف حدود اللب والعباءة ، يخرج الكربون من سبائك الحديد والفلزات السائلة ويشكل الماس.
قال دان شيم ، الأستاذ في جامعة ولاية أريزونا ، “تصل درجة الحرارة عند الحدود بين عباءة السيليكات واللب المعدني على عمق 3000 كيلومتر إلى ما يقرب من 7000 فهرنهايت ، وهي نسبة عالية بما يكفي لأن تفقد معظم المعادن H 2 O التي تم التقاطها في هياكل المقياس الذري الخاصة بها”. مدرسة استكشاف الأرض والفضاء. “في الواقع ، درجة الحرارة مرتفعة بما يكفي لذوبان بعض المعادن في مثل هذه الظروف.”
نظرًا لأن الكربون عنصر محب للحديد ، فمن المتوقع وجود كمية كبيرة من الكربون في اللب ، بينما يُعتقد أن الوشاح يحتوي على نسبة منخفضة نسبيًا من الكربون. ومع ذلك ، فقد وجد العلماء أن الكربون موجود في الوشاح أكثر بكثير مما كان متوقعًا.
قال شيم: “في ظل الضغوط المتوقعة لحدود الأرض الأساسية ، يبدو أن خلائط الهيدروجين مع سائل معدني من الحديد يقلل من قابلية ذوبان العناصر الخفيفة الأخرى في اللب”. “لذلك ، تتناقص قابلية ذوبان الكربون ، الذي يحتمل وجوده في لب الأرض ، محليًا حيث يدخل الهيدروجين إلى اللب من الوشاح (من خلال الجفاف). الشكل الثابت للكربون في ظروف الضغط ودرجة الحرارة لحدود الأرض الأساسية هو الماس . لذا فإن الكربون المتسرب من اللب الخارجي السائل يصبح ماسيًا عندما يدخل في الوشاح. “
الكربون عنصر أساسي للحياة
قال كو “الكربون عنصر أساسي للحياة ويلعب دورًا مهمًا في العديد من العمليات الجيولوجية”. “الاكتشاف الجديد لآلية نقل الكربون من اللب إلى الوشاح سيلقي الضوء على فهم دورة الكربون في باطن الأرض العميق. وهذا أكثر إثارة نظرًا لأن تشكيل الماس عند حدود اللب والوشاح ربما كان مستمرة منذ مليارات السنين منذ بدء الاندساس على هذا الكوكب “.
تُظهر الدراسة الجديدة التي أجراها كو أن الكربون المتسرب من اللب إلى الوشاح من خلال عملية تكوين الماس هذه قد يوفر ما يكفي من الكربون لشرح كميات الكربون المرتفعة في الوشاح. توقع كو ومعاونوه أيضًا أن الهياكل الغنية بالألماس يمكن أن توجد عند حدود الوشاح الأساسي وأن الدراسات الزلزالية قد تكتشف الهياكل لأن الموجات الزلزالية يجب أن تنتقل بسرعة غير عادية للهياكل.
قال شيم: “السبب في أن الموجات الزلزالية يجب أن تنتشر بسرعة استثنائية من خلال الهياكل الغنية بالألماس عند حدود الوشاح الأساسي هو أن الماس غير قابل للانضغاط للغاية وأقل كثافة من المواد الأخرى الموجودة على حدود الوشاح الأساسي”.
سيواصل كو وفريقه التحقيق في كيف يمكن للتفاعل أيضًا تغيير تركيز عناصر الضوء الأخرى في القلب ، مثل السيليكون والكبريت والأكسجين ، وكيف يمكن لهذه التغييرات أن تؤثر على علم المعادن في الوشاح العميق.
