یک الماس کمیاب نشان می‌دهد گوشته زمین حاوی مقدار زیادی آب است

دانشمندان توانستند اینکلوژن رینگوودیت، یک کانی که در حضور آب تشکیل می‌شود را در الماس باکیفیت از بوتسوانا پیدا کنند. این می تواند حاکی از آن باشد که محیطی که الماس در آن شکل گرفته بسیار خیس بوده است و به عبارتی نشان می‌دهد که احتمالا گوشته سیاره ما حاوی محیطی غنی از آب است.

تینگینگ گو زمانیکه در موسسه گوهرشناسی آمریکا (GIA) مشغول به بررسی عناصر کم مقدار در الماس بود، این کشف مهم را بدست آورد. اینکلوژنها برای جواهرات نامطلوب هستند زیرا درخشش الماس را کدر می کنند. اما آنها اغلب برای دانشمندان جالب هستند زیرا قطعاتی از محیطی را که در آن الماس هزاران سال قبل از آن شکل گرفته است به دام می اندازند.

نقص یافت شده در این الماس که از نظر فنی به آن اینکلوژن گفته می شود، شبیه چشم ماهی است: یک مرکز آبی پررنگ که توسط یک مه سفید احاطه شده است. اما در واقع شامل کانی های انستاتیت و فروپریکلاز و از همه مهمتر رینگوودیت (ringwoodite) است که نشان می دهد این الماس در عمق 660 کیلومتری زمین، شکافی در مرز بین گوشته بالایی و پایینی (یا به‌طور ساده‌تر، منطقه انتقال) تشکیل شده است و احتمالا سرشار از آب است.

در این الماس، آنها مجموعه ای از اینکلوژنهای رینگوودیت (سیلیکات منیزیم) را در تماس با فروپریکلاز (اکسید منیزیم/آهن) و انستاتیت (سیلیکات منیزیم دیگری با ترکیب متفاوت) یافتند.

در فشارهای بالا در ناحیه انتقال، رینگوودیت به فروپریکلاز و همچنین کانی دیگری به نام بریگمانیت تجزیه می‌شود. در فشارهای کمتر نزدیک به سطح، بریگمانیت به انستاتیت تبدیل می شود. حضور آنها در الماس داستان سفری را بیان می کند که نشان می دهد سنگ در عمق قبل از بازگشت به پوسته شکل گرفته است.

این دومین باری است که دانشمندان کانی رینگوودیت را در یک قسمت بلور الماس در این ناحیه پیدا می‌کنند و این نمونه تنها نمونه از نوع خود است که در حال حاضر برای علم شناخته شده است. آخرین نمونه در تلاش برای تجزیه و تحلیل شیمی آن نابود شد.

این کشف نشان می دهد که این منطقه بسیار عمیق زمین خیس است و مقادیر زیادی آب همراه مواد معدنی در آنجا محبوس شده است. اگرچه این آب از نظر شیمیایی به ساختار کانی‌ها متصل است و مانند یک اقیانوس واقعی در اطراف جریان ندارد، احتمالا نقش مهمی در نحوه ذوب گوشته بازی می کند. این به نوبه خود بر زمین شناسی تصاویر بزرگ مانند زمین ساخت صفحه و فعالیت های آتشفشانی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، آب می تواند به توسعه مناطقی از بالا آمدن گوشته معروف به “plums” که کانون آتشفشان ها هستند کمک کند.

اکثریت قریب به اتفاق الماس ها بین 150 تا 200 کیلومتر زیر سطح زمین تشکیل می شوند. اما تعداد انگشت شماری از اعماق عمیق‌تر آمده‌اند. گو و همکارانش روز دوشنبه در مطالعه‌ای که در Nature Geoscience منتشر شد می گویند اغلب دشوار است که دقیقاً به چه عمقی اشاره کنیم، اما نمونه جدید به‌طور قابل‌توجهی در آن جبهه سازگار بود. رینگوودیت فقط در فشارهای فوق العاده بالا می تواند تشکیل شود. در پوسته زمین یافت نمی‌شود، اما گاهی اوقات در شهاب‌سنگ‌هایی که ضربه‌های بزرگ کیهانی را متحمل شده‌اند، به دام افتاده است.

در گوشته زمین، رینگ وودیت در فشارهای موجود تا 660 کیلومتر وجود دارد. تنها نمونه رینگوودیت زمینی یافت شده که در سال 2014 در یک الماس کشف شد، می‌توان گفت که در 135 کیلومتری آن عمق شکل گرفته است. دو کانی دیگر یافت شده در ترکیب جدید، فروپریکلاز و انستاتیت، تنها می توانند در 660 کیلومتری و عمیق تر با هم وجود داشته باشند و مشخص کنند که الماس در کجا شکل گرفته است.

این یک عمق مهم است زیرا اتفاقاً مرز بین لایه‌های گوشته است – جایی که امواج لرزه‌ای در حال حرکت در داخل زمین به طور مرموزی سرعت را تغییر می‌دهند. رینگ وودیت آب را بهتر از فروپریکلاز و انستاتیت نگه می دارد، بنابراین این کانی احتمالاً با تغییر در این مرز، آب زیادی آزاد می کند. تغییر در کانی ها و آزاد کردن احتمالی آب می تواند توضیح دهد که چرا امواج لرزه ای به طور متفاوتی در این منطقه حرکت می کنند.

اینکلوژن رینگ‌وودیت، مانند نمونه سال 2014، مقدار کمی آب را به مولکول‌های سازنده این کانی متصل می‌کند. این مهم است زیرا – اگرچه آزمایش‌های آزمایشگاهی قبلی نشان داده‌اند که گوشته می‌تواند مقادیر زیادی آب را ذخیره کند – شواهد مستقیم کمی وجود دارد که واقعاً این کار را انجام می‌دهد. کشف رینگ‌وودیت در سال 2014 اولین اشاره بود، اما این نمونه دوم داستان بسیار قانع‌کننده‌تری را ایجاد می‌کند. اگر این کانی واقعاً تا حد زیادی در منطقه انتقال گوشته از آب اشباع شده باشد، آب ذخیره شده در اعماق زمین می تواند به راحتی از آب روی سطح سیاره پیشی بگیرد. او می‌گوید: «اگر فقط یک نمونه داشته باشید، آن می‌تواند فقط یک منطقه آبدار محلی باشد، در حالی که اکنون که نمونه دوم را داریم، می‌توانیم بگوییم که این فقط یک اتفاق نیست. احتمالاً گسترده است.»

دانستن وجود آب در اعماق زمین چه کمکی به ما می کند؟

بیشتر سطح زمین پوشیده از اقیانوس است. با این حال، با در نظر گرفتن هزاران کیلومتر فاصله بین سطح و هسته سیاره، آنها به اندازه یک گودال پرشده از آب هستند. ضخامت اقیانوس حتی در عمیق‌ترین نقطه‌اش، از نوک موج تا کف، فقط ۱۱ کیلومتر است. اما پوسته زمین یک چیز ترک خورده و تکه تکه است، با صفحات تکتونیکی جداگانه که به هم می سایند و زیر لبه های یکدیگر می لغزند. در این مناطق فرورانش، آب به عمق سیاره نفوذ می کند و تا گوشته پایینی می رسد.

با گذشت زمان از طریق فعالیت های آتشفشانی به سطح زمین باز می گردد. این چرخه ریزش و بیرون ریختن به عنوان چرخه آب عمیق، جدا از چرخه آب فعال در سطح شناخته می شود. دانستن اینکه چگونه کار می کند و چه مقدار آب در آنجا وجود دارد، برای درک فعالیت های زمین شناسی سیاره ما نیز مهم است. برای مثال، وجود آب می‌تواند بر قابلیت انفجار یک فوران آتشفشانی تأثیر بگذارد و در فعالیت‌های لرزه‌ای نقش داشته باشد.

اولیور تشاونر، کانی شناس در دانشگاه نوادا، لاس وگاس، که بخشی از تیمی بود که در سال 2018 یک شکل پرفشار از یخ آب را در الماس های بسیار عمیق کشف کرد، می گوید گام بعدی این است که بفهمیم این آب از کجا می آید. اما در مطالعه جدید شرکت نداشت. محققان می‌دانند که صفحات اقیانوسی آب را با خود حمل می‌کنند، زیرا توسط تکتونیک صفحه‌ای به درون گوشته رانده می‌شوند، اما در مورد اینکه این آب تا چه حد می‌تواند به عمق سفر کند، بحث می‌کنند. همچنین این امکان وجود دارد که آب از زمان تشکیل زمین در آنجا بوده است. درک نحوه چرخش آب بین اعماق و سطح زمین می تواند به توضیح چگونگی تبدیل آن به چنین سیاره ای هیدراته (آبدار) در طول تاریخ 4.5 میلیارد ساله خود کمک کند.

Tschauner می گوید برای کسب اطلاعات بیشتر، محققان باید عناصر جزئی را در اینکلوژن جدید تجزیه و تحلیل کنند. آنها همچنین می توانند امیدوار باشند که در آینده کانی رینگوودیت در اعماق بیشتری از گوشته در الماس پیدا کنند. “گو” می‌گوید این یک فرصت خوش شانسی خواهد بود، اما باز هم، این کشف هم همینطور بود. او می‌افزاید: «اگر کسی با یک الماس به شما پیشنهاد ازدواج داد، و شما یک اینکلوژن را درآن پیدا کردید، «نه نگویید».

این مقاله در Nature Geoscience منتشر شده است.