يكشف معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا عن تفاصيل جديدة حول تكوين الأرض

تشير دراسة جديدة من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا إلى أن الأرض المبكرة تشكلت من مادة حارة وجافة ، مما يشير إلى أن الماء وصل متأخرًا في تكوين الأرض. تشير الأبحاث التي توفر أدلة من طبقات الوشاح المختلفة إلى الإضافات الرئيسية للمواد المتطايرة فقط خلال مراحل تكوين الأرض النهائية ، مما يؤثر على نظريات تكوين كوكب الأرض.

منذ مليارات السنين ، في القرص العملاق المكون من الغبار والغاز والمواد الصخرية الذي يدور حول شمسنا الفتية ، تضافرت أجسام أكبر وأكبر لتشكل في النهاية الكواكب والأقمار والكويكبات التي نراها اليوم. لا يزال العلماء يحاولون فهم العمليات التي تشكلت من خلالها الكواكب ، بما في ذلك كوكبنا.

إحدى الطرق التي يمكن للباحثين من خلالها دراسة كيفية تشكل الأرض هي فحص الصهارة التي تتدفق من باطن الكوكب. تحتوي التوقيعات الكيميائية لهذه العينات على سجل لوقت وطبيعة المواد التي شكلت الأرض – كيف تعطينا الحفريات أدلة حول الماضي البيولوجي للأرض.

الآن ، تُظهر دراسة من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا أن الأرض المبكرة تشكلت من مادة حارة وجافة ، مما يشير إلى أن مياه كوكبنا – وهي مكون رئيسي لتطور الحياة – يجب أن تكون قد وصلت متأخرة في التاريخ التطوري للأرض.

وأجريت الدراسة ، التي شملت فريقًا دوليًا من الباحثين ، في مختبرات فرانسوا تيزوت ، الأستاذ المساعد في معهد أبحاث الكيمياء الجيولوجية والطب التقليدي. و Yigang Zhang من الأكاديمية الصينية للعلوم بجامعة العلوم. تم نشر مقال يفصل البحث في المجلة مؤخرًا التقدم العلمي. طالب الدراسات العليا بمعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ويي ليو هو المؤلف الأول للورقة.

على الرغم من عدم وجود وسيلة للإنسان للسفر إلى داخل كوكبنا ، إلا أن الصخور الموجودة في أعماق الأرض ترتفع بشكل طبيعي إلى السطح على شكل براكين. يمكن أن تنشأ الصهارة الأم لهذه الحمم من أعماق مختلفة في الأرض ، مثل الوشاح العلوي ، الذي يبدأ على بعد حوالي 15 كيلومترًا (9 ميل) تحت السطح ويمتد لحوالي 680 كيلومترًا ؛ أو الوشاح السفلي ، الذي يمتد من عمق 680 كيلومترًا (425 ميلًا) إلى حد الوشاح الأساسي على بعد حوالي 2900 كيلومتر (1800 ميل) تحت أقدامنا.

مثل أخذ عينات من طبقات مختلفة من الكعكة – القشرة ، الحشوة ، الإسفنج – يمكن للعلماء دراسة الصهارة من أعماق مختلفة لفهم “النكهات” المختلفة لطبقات الأرض: المواد الكيميائية الموجودة في الداخل ونسبها.

نظرًا لأن تكوين الأرض لم يكن فوريًا وبدلاً من ذلك تراكمت المواد بمرور الوقت ، فإن العينات من الوشاح السفلي والوشاح العلوي تعطي أدلة مختلفة لما حدث بمرور الوقت أثناء تراكم الأرض. في الدراسة الجديدة ، وجد الفريق أن الأرض المبكرة كانت تتكون أساسًا من مادة صخرية جافة: أظهرت التوقيعات الكيميائية من أعماق الكوكب نقصًا في المواد المتطايرة المعروفة باسم الماء واليود.

في المقابل ، كشفت عينات من الوشاح العلوي عن مستويات عالية من المواد المتطايرة ، أعلى بثلاث مرات من تلك التي لوحظت في الوشاح السفلي. بناءً على هذه النسب الكيميائية ، طور ليو نموذجًا أظهر أن الأرض تكونت من مادة صخرية حارة وجافة ، وأن المواد المتطايرة الأساسية للحياة ، بما في ذلك الماء ، حدثت فقط في آخر 15 بالمائة (أو أقل) من الأرض.

تعد الدراسة مساهمة مهمة في نظريات تكوين الكواكب ، وهو مجال خضع لعدة تحولات نموذجية في العقود الأخيرة ولا يزال يتسم بالنقاش العلمي المكثف. في هذا السياق ، تقدم الدراسة الجديدة تنبؤات مهمة لطبيعة اللبنات الأساسية للكواكب الأرضية الأخرى – عطارد و كوكب الزهرة– من المتوقع أن تكون قد تشكلت من مواد جافة مماثلة.

يقول ديسوت: “استكشاف الفضاء مهم جدًا للكواكب الخارجية لأن العالم المائي ربما يكون أفضل مكان للبحث عن حياة خارج كوكب الأرض”. “لكن دعونا لا ننسى النظام الشمسي الداخلي. لم تكن هناك مهمة للمس سطح كوكب الزهرة منذ ما يقرب من 40 عامًا ، ولم تكن هناك مهمة إلى سطح عطارد. نحن بحاجة إلى دراسة هذه العوالم لفهم كيفية تشكل الكواكب الأرضية مثل الأرض بشكل أفضل.

ملاحظة: “I / Pu يكشف عن الأرض المتراكمة من كواكب متباينة فقيرة ومتطايرة بشكل أساسي” بقلم ويي ليو ويغانغ زانغ وفرانسوا. LH Tissot و Guillaume Avice و Zhilin Ye و Qing-Zhu Yin ، 5 يوليو 2023 ، التقدم العلمي.
DOI: 10.1126 / sciadv.adg9213

بالإضافة إلى ليو وتيسو ، المؤلفان المشاركان تشانغ من جامعة الأكاديمية الصينية للعلوم ؛ Guillaume Avice من جامعة باريس سيتي ، معهد الفيزياء في العالم بباريس ؛ جيلين يي من الأكاديمية الصينية للعلوم ؛ والملك جو يين من جامعة كاليفورنيا في ديفيس. تم توفير التمويل من قبل الأكاديمية الصينية للعلوم ، ومؤسسة العلوم الوطنية ، وزمالة باكارد للعلوم والهندسة ، ومعهد أبحاث الطب التقليدي ، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا.