۱۶۰ فرسنگ زیر زمین چه می گذرد؟

گوشته زمین بزرگترین بخش از لایه های زمین است که بین پوسته و هسته جای گرفته که در آن سنگهای تافته و گداخته، به آرامی در گذر زمان، جابجا می شوند تا گرما را از مرز هسته، به مرز پوسته بیاورد و همین همرفت گرمایی است که زمینه را برای رخداد زمین لرزه و آتشفشان را در پوسته زمین فراهم می آورد.

اگرچه که گوشته، از سنگهای جامد ساخته شده، باری در گذر زمان زمینشناسی، این سنگ‌های سخت نیز می توانند جریان یابند. شواهد بسیاری نشان می‌داد که در ژرفای ۱۶۰ فرسنگی (۱۰۰۰ کیلومتری) زیر زمین، رفتار گوشته بسیار متفاوت از آن چیزیست که پیشتر تصور می رفت، باری این رفتار را نمی توان به هیچ روی به روشهای لرزه‌شناسی توضیح داد. همین شد که زمین شناسان در دانشگاه مریلند، تلاش کردند دو پژوهش همزمان را برای بررسی رفتار گوشته زمین در پیش گیرند. یکی از این پژوهش‌ها بر آن بود تا رفتار گوشته را به گرانروی بیشتر گوشته در ژرفای زیر هزار کیلومتری وابسته بداند، بدین معنی که جریان سنگ‌های تافته و خمیری، در فضای زیر هزار کیلومتر، سخت تر رخ می دهد. و دیگری براین تلاش بود تا این ناهنجاری را به چگالی ناهمخوان در ژرفای ۱۰۰۰ کیلومتری زیر زمین نسبت دهد؛ بدین معنی که اتمها و مولکولهای سازنده سنگ‌های گوشته به گونه‌ای در کنار هم جای گرفته‌اند که شمار یکسانی اتم، در ژرفای بیش از یک مگامتر(هزار کیلومتر) گنجایش کمتری نسبت به بالای مرز هزار کیلومتر دارند.

آنگونه که در این دو تصویر (تصویر بالا) می بینید تختال فرو رونده پوسته اقیانوسی در کنار کاکل برافزایشی از گوشته در ژرفای بیش از یک مگامتر، رفتار ناهنجار از خود نشان می‌دهند. در توضیح این رفتار، دو مقاله متفاوت در بیستم آذر ماه ۱۳۹۴ به چاپ رسید. پژوهشی که در بخش چپ تصویر به نمایش در آمده است از سوی رولوف و همکاران (ساینس ۲۰۱۵) به چاپ رسید و پیشنهاد می کند که در بخشی که به رنگ آبی تیره نمایش داده شده، گرانروی افزایش می یابد. در بخش راست تصویر، پژوهش بالمر و همکاران (ساینس ادوسز ۲۰۱۵) به نمایش در آمده است که پیشنهاد می کنند در همان فضا، بخاطر آمیختگی گوشته با پوسته تختال اقیانوسی، چگالی افزایش یافته است.

روی هم رفته این دو پژوهش با هم توضیح می دهنده که چرا در دو سوی مرز یک مگامتری زیر زمین، رفتار گوشه اینهمه متفاوت است. ودران لکیک Vedran Lekic استادیار زمینشناسی در دانشگاه مریلند و یکی از نویسندگان مقاله منتشر شده در نشریه ساینیس که تفاوت در گرانروی را پیشنهاد می کرد، می گوید ” سالها بود که این مرز و تفاوت در دو سوی آن شناخته شده بود. باری، هیچ توضیح برای آن ارائه نشده بود. این دو پژوهش، نخستین تلاش‌ها برای فهم درست از دوسوی مرز است، و این امکان وجود دارد که یافته های هر دو پژوهش درست باشد.

درباره وجود مرز در ژرفای ۱۰۰۰ کیلومتری زیر زمین، دو رشته شاهد وجود دارند که خود انگیزه اصلی برای پژوهشهای کنونی بوده اند: نخست، بسیاری از تختالهای فرورونده به درون پوسته را هنوز هم می توان آشکارا بوسیله روش‌های ژئوفیزیکی در گوشته زمین، مشاهده کرد. از یک سو، برخی از این تختال‌ها به آرامی به سوی هسته زمین در حرکتند و از سویی دیگر، برخی نیز در ورای مرز هزارکیلومتری، شناور می مانند. که این خود نشان از نوعی تغییر در ویژگی‌های فیزیکی دوسوی مرز است.

دوم اینکه کاکلی از سنگهای تافته از ژرفترین بخش گوشته بالا آمده و برآیند این کنش نیز در درون زمین به روش‌های لرزنگاری آشکار است. هنگامی که این کاکل تافته از ژرفای گوشته به سوی بالا جابجا می شوند و به مرز هزارکیلومتری می رسند، به دوسوی پراکنده می شوند نه اینکه از آن گذر کنند و این خود گواهی دیگر بر وجود تفاوت اساسی در ویژگی‌های فیزیکی دوسوی مرز است.

نکولاس اشمیر (Nicholas Schmerr) استادیار زمین‌شناسی در دانشگاه مریلند و یکی از نویسندگان مقاله در نشریه ساینس ادونسز Science advances، که به تفاوت در ترکیب گوشته تاکید دارند، می گوید ” آموختن در باره ساختار گوشه به ما می گوید که ژرفای درونی زمین چگونه رفتار داشته و چگونه کار می کند و چه کارشیوه‌ای در همرفت گوشته، نهفته است. همرفته گوشته‌ای یک موتور گرمایی است که زمینساخت ورقه‌ای سنگ‌کره زمین را به حرکت در می آورد و رخدادهایی مانند زمین‌لرزه و آتشفشان را باعث می شود.

درباره واژگان “چگالی” و گرانروی” باید گفت که گاهی این دو برآیندی همانند دارند و گاهی ناهمانند. برای نمونه، عسل از آب چگالتر است و گرانروی بالاتری نیز دارد. درحالی که روغن خوراکی از آب گرانروتر است باری چگالتر نیست.

اشمیر و همکاری از دانشگاه صنعتی توکیو به نام ماکسیم بالمر و دو همکار دیگر، یک مدل شبیه سازی شده از زمین را در رایانه بعنوان بنیان کار استفاده کردند که در آن ترکیبات شیمیایی و متعاقبا چگالی‌های مختلف در اعماق گوناگون گوشته ، بکار رفته بود. آنگاه آنها تلاش کردند با شبیه سازی یک تختال فرورونده به بررسی رفتار گوشته و تختال بپردازند. در واقعیت، این تختال به یکی از سه روش زیر رفتار خواهد کرد: یا در ژرفای ۶۰۰ کیلومتری خواهد ایستاد، یا هم در مرز هزار کیلومتری شناور خواهد شد و یا هم از مرز هزارکیلومتری گذر کرده به هسته نزدیک خواهد شد. از میان ترکیبات مختلفی که دانشمندان میتوانستند برای گوشته انتخاب کنند، نمونه‌ای که بسیار به گوشته واقعی نزدیک بود، امکان شناور شدن تختال در مرز هزارکیلومتری گوشته را فراهم می آورد و تایید کننده وجود مرز نیز بود. این سناریو در حقیقت با افزودن سنگهای بازالتی ِسرشار از سیلیکون ولی چگال به گوشته پایینی و زیر مرز هزارکیلومتری، همراه بود.

لکیک بعنوان رهبر گروهی که ماکس رودولف (از دانشگاه پورتلند) و دیگر همکاران در آن حضور داشتند، رهیافتی متفاوت را در پیش گرفتند. آنها از تصاویر ماهواره‌ای ِسراسر زمین برای پیشبرد کار خود استفاده کردند. نخست آنها تاثیر ناهمواریهای زمین را حذف کردند تا شکل ذاتی زمین براساس تفاوت در گرانی محلی بازیابی کنند. آنگاه آنها شکل و محل درست کاکلها (پلومها)ی گوشته را نیز به مدل وارد کردند و بدین ترتیب توانستند رابطه بین تفاوت در گرانروی اندک گوشته زمین را به نمای بیرونی آن وابسته کنند.

دستارودهای آنان نشان می‌داد که گوشته در بالای مرز هزارکیلومتری، دارای گرانروی کمتر بوده درحالی که در زیر مرز گرانروی آن بیشتر می شود. این داده ها توضیح می‌دهد که چرا گاهی کاکل گوشته‌ای که از سنگهای تافته ساخته شده است، هنگام برخورد به مرز هزار کیلومتری، از آن گذر می کند و گاهی در پشت آن شناور می ماند.
لکیک می گوید: در حالی که گروه ما تلاش می کرد تا رفتارهای تختال فرورونده و کاکل فرازنده را توضیح دهد، یافته‌ها به یک معمای دیگر ختم شد. اینکه چه چیزی باعث می شود تا سنگ‌های پایینتر از مرز هزارکیلومتر، در برابر جریان یافتن، مقاومت کنند؟ از آنجایی که هیچ توضیح قابل قبولی وجود ندارد نمی توان هیچ داده تازه‌ای در باره سازندگان زمین در آن بخش، بیان کرد.

لکیک و اشمیر برنامه دارند تا برای بررسی یافته‌های دو پژوهش با هم همکاری کنند و ببیند که آیا یافته های دو پژوهش با هم همخوان است یا خیر. بدین معنی که آیا گوشته پایینی مانند آنچه که در باره عسل گفته شد، هم چگال است و هم گرانرو، یا خیر.

اشمیر در باره این همکاری می گوید: این کار از چشم انداز زمینساخت ورقه‌ای و همرفت گرمایی، گفته‌های زیادی برایمان خواهد داشت و به ما خواهد گفت که زمین در گذشته چگونه بوده و در آینده چگونه خواهد بود. هنگامی که به پیرامون خود در سامانه خورشیدی نگاه می کنیم، سیاره‌های زیادی را در مراحل مختلف تکامل می بینیم، باری زمین یکتاست، بنابراین آنچه که در زیر، در گوشته زمین روی می‌دهد، از اهمیت بالاتری برخوردار است.

منبع:علمنا

No tags for this post.