توصلت تجربة معملية جديدة إلى أنه في ظل درجات الحرارة والضغوط الشديدة، يمكن أن يشكل مزيج من الحديد والكربون والماء - جميع المكونات المحتملة الموجودة عند حدود الوشاح الأساسي - الألماس. إذا حدثت هذه العملية أيضاً في عمق الأرض، فقد تفسر بعض المراوغات الغريبة في الوشاح، بما في ذلك سبب احتوائها على كمية من الكربون أكثر مما كان العلماء يتوقعون.
قبل الدخول في تفاصيل البحث عن مصنع الألماس في قلب الكوكب، نستعرض معاً طبقات الأرض التي تقسم وفقاً لخصائصها الميكانيكية إلى خمسة طبقات مُختلفة وهي كالآتي:
- الغلاف الصخري: وهو عبارة عن السطح الخارجي الصلب الذي تعيش عليه جميع الكائنات الحيّة بما فيها البشر، ويُشكل الغلاف الصخري ما يُعرف بالصفائح التكتونية للأرض والتي تتحرك نسبة إلى بعضها البعض. يتكون الغلاف من صخور صلبة فيما عدا نسبة قليلة من الصهارة الموجودة أسفل البراكين، كما يتكون من جزأين رئيسيين وهما القشرة التي تُعتبر الجزء العلوي من الغلاف الصخري، والسِتار الذي يُشكل الجزء السفلي، ويُشكل هذان الجزآن مع بعضهما البعض طبقة صلبة تمتد لمسافة تبدأ من الصفر على سطح الأرض إلى 100كم تقريباً على امتداد باطنها.
- الغلاف المائع: يقع الغلاف المائع أو غلاف مَوْرِي أسفل الغلاف الصخري، وتمتد هذه الطبقة من 100كم إلى 350كم تقريباً باتجاه باطن الأرض، وتمتاز طبقة الغلاف المائع بأنها طبقة ضعيفة نسبياً، إذ تسلك هذه الطبقة سلوك المواد اللدنة - مواد ذات القابلية العالية للتشكيل دون أن تنكسر- يُعد الغلاف المائع مصدراً رئيسياً لمعظم الصهارة أو الماغما، وللغلاف المائع علاقة وثيقة في تنشيط تكوّن البراكين على حدود الصفائح التكتونية.
- الغلاف الأوسط: تمتد طبقة الغلاف المُتوسط أو الوشاح على عمق يتراوح بين 350كم إلى 2900كم باتجاه باطن الأرض وأسفل الغلاف المائع، وينقسم الغلاف المتوسط إلى طبقتين رئيسيين وهما: الطبقة الوسطى العلويّة والطبقة الوسطى، إذ تزاد كثافة الصخور بازياد العمق خلال الطبقة العلوية استجابة لازدياد الضغط الصخري، ولهذا يطلق عليها المنطقة الانتقاليّة، وتمتاز هذه الطبقة بصلابة صخورها بفعل تعرّضها للحرارة والضغط مما يمنع حدوث أي انكسار أو تكسّر فيها، لذا فلا تتسبب هذه الطبقة بحدوث الزلازل على سطح الأرض. ومع استمرار التقدُم في طبقات الأرض والوصول إلى غلاف الطبقة الوسطى السفليّة فإن كثافة الصخور تزداد بشكل كبير جداً ومُفاجئ، وذلك نتيجة تعرُض البنيّة البلوريّة الخاصة بمعظم المعادن الموجودة في صخور تلك الطبقة إلى تغييرات تزيد من كثافتها التي تبقى ثابتة تقريباً على طول امتداد الغلاف المُتوسط.
- اللُبُّ الخارجي: تمتاز هذه الطبقة بوجودها بالحالة السائلة فقط، وذلك لاحتوائها على عناصر ومعادن بالحالة السائلة مثل الحديد والنيكل وغيرها من العناصر، فهي بذلك مسؤولة عن نشوء المجال المغناطيسي لكوكب الأرض.
- اللُبُّ الداخلي: تتعرض طبقة اللب الداخلي لضغطٍ عالٍ أكثر من الطبقات الأخرى مما يجعلها ذات طبيعة صلبة. وما يجدر ذكره أن هذه الطبقة تتشابه مع طبقة اللب الخارجي بالتركيب المعدنيّ الذي يحتوي على كميّات كبيرة من عنصر الحديد، بالإضافة إلى تشابه درجات الحرارة بالطبقتين إلى حدٍ ما.
قد تكون المنطقة الحدودية بين لب الأرض المعدنية المنصهرة والعباءة، الطبقة الوسطى الصخرية، مصنعاً للألماس. قد تساعد النتائج أيضاً في تفسير الهياكل الغريبة العميقة عند حدود اللب والوشاح؛ حيث تتباطأ موجات الزلازل بشكل كبير. هذه المناطق المعروفة باسم "مناطق السرعة المنخفضة للغاية" ترتبط بهياكل الوشاح الغريبة، بما في ذلك نقطتان عملاقتان تقعان تحت أفريقيا والمحيط الهادئ. يمكن أن تكون على بعد أميال قليلة أو عدة مئات من الأميال. لا أحد يعرف بالضبط ماهيتها. يعتقد بعض العلماء أنها تعود إلى 4.5 مليار سنة، وهي مصنوعة من مواد من الأرض القديمة جداً. لكن البحث الجديد يشير إلى أن بعض هذه المناطق قد تدين بوجودها إلى الصفائح التكتونية والتي من المحتمل أن تكون قد بدأت بعد تشكل الأرض، ربما قبل 3 مليارات سنة.
قال المؤلف الرئيسي للدراسة "سانغ هيون شيم" عالم الجيولوجيا في جامعة ولاية أريزونا، لـ Live Science: نضيف فكرة جديدة مفادها أن هذه ليست هياكل قديمة تماماً.
محاكاة عمق الأرض
عندما يلتقي اللب مع الوشاح، يحتك الحديد السائل بالصخور الصلبة. قال شيم إن هذا تحول مثير مثل مواجهة الصخور للهواء على سطح الأرض. في مثل هذا التحول، خاصة عند الضغط العالي ودرجات الحرارة، يمكن أن تحدث كيمياء غريبة.
علاوة على ذلك، أظهرت الدراسات التي تستخدم انعكاسات موجات الزلزال لتصوير الوشاح أن المواد من القشرة قد تخترق حدود الوشاح الأساسي، على بعد حوالي 3000 كيلومتر تحت سطح الأرض. في مناطق الاندساس، تندفع الصفائح التكتونية تحت بعضها البعض، دافعة القشرة المحيطية إلى باطن الأرض. تحتوي الصخور في هذه القشرة المحيطية على مياه محبوسة في معادنها. وقال شيم إنه نتيجة لذلك، من الممكن أن يكون الماء موجوداً في حدود الوشاح الأساسي، ويمكن أن يؤدي إلى تفاعلات كيميائية في الأسفل. (إحدى النظريات حول زوج النقاط في الوشاح تحت أفريقيا والمحيط الهادئ، هي أنها مكونة من قشرة محيطية مشوهة تم دفعها في عمق الوشاح، ومن المحتمل أن تكون قد حملت الماء معها).
لاختبار الفكرة، جمع الباحثون المكونات المتوفرة في حدود الوشاح الأساسي وضغطوها معاً باستخدام سندان مصنوع من الألماس، ما أدى إلى توليد ضغوط تصل إلى 140 غيغا باسكال. (وهذا يعادل 1.4 مليون ضعف الضغط عند مستوى سطح البحر). كما قام الباحثون أيضاً بتسخين العينات إلى 6830 درجة فهرنهايت (3776 درجة مئوية). قال شيم: راقبنا نوع التفاعل الذي حدث عندما قمنا بتسخين العينة. ثم اكتشفنا الألماس، واكتشفنا تبادلاً غير متوقع للعناصر بين الصخر والمعدن السائل.
استخراج الألماس
قال شيم، تحت ضغط ودرجة حرارة حدود الوشاح الأساسي، يتصرف الماء بشكل مختلف تماماً عما هو عليه على سطح الأرض. تنفصل جزيئات الهيدروجين عن جزيئات الأكسجين. بسبب الضغط المرتفع، ينجذب الهيدروجين نحو الحديد، وهو المعدن الذي يشكل معظم اللب. وهكذا، يبقى الأكسجين من الماء في الوشاح، بينما يندمج الهيدروجين مع اللب.
عندما يحدث هذا، يبدو أن الهيدروجين يدفع جانباً عناصر الضوء الأخرى في اللب، بما في ذلك، بشكل حاسم، الكربون. يتم إخراج هذا الكربون من اللب إلى الوشاح. عند الضغوط العالية الموجودة في حدود اللب والوشاح، فإن أكثر أشكال الكربون ثباتاً هو الألماس. قال شيم: هذه هي الطريقة التي يتشكل بها الماس.
هذه ليست نفس الماسات التي قد تتألق في خاتم الخطوبة. معظم الماس الذي يشق طريقه إلى السطح، وفي النهاية يصبح مجوهرات لشخص ما، يكون على عمق بضع مئات من الكيلومترات، وليس بضعة آلاف. لكن من المحتمل أن تكون أحجار الألماس الأساسية قابلة للطفو ويمكن أن تجتاح جميع أنحاء القشرة، وقد تنشر الكربون أثناء انتقالها.
يحتوي الوشاح على كمية من الكربون تزيد بثلاثة إلى خمسة أضعاف عما يتوقعه الباحثون بناءً على نسبة العناصر في النجوم والكواكب الأخرى. قال شيم إن الألماس الموجود في هذه الطبقة من الأرض قد يفسر هذا التناقض. حسبه هو وفريقه أنه حتى لو وصل 10% إلى 20% من المياه في القشرة المحيطية إلى حدود الوشاح الأساسي، فيمكنها إنتاج ما يكفي من الماس لتفسير مستويات الكربون في القشرة.
إذا كان الأمر كذلك، فإن العديد من المناطق منخفضة السرعة في الوشاح قد تكون مناطق ذوبان مدفوعة بالمياه، ناتجة عن تموج الصفائح المحيطية في عمق الكوكب.
التحدي التالي هو إثبات حدوث هذه العملية على بعد آلاف الكيلومترات تحت السطح. قال شيم يوجد طريقتان للبحث عن الأدلة.
الأولى هي البحث عن الهياكل داخل حدود اللب والعباءة التي يمكن أن تكوّن عناقيد من الماس. نعلم أن الماس كثيف ويمكنه نقل موجات الزلازل بسرعة، لذلك سيحتاج الباحثون إلى إيجاد مناطق عالية السرعة إلى جانب المناطق المكتشفة بالفعل حيث تتحرك الموجات ببطء. قال شيم إن باحثين آخرين في جامعة ولاية أريزونا يحققون في هذا الاحتمال، لكن العمل لم ينشر بعد.
خيار آخر هو دراسة الماس الذي قد يأتي من أعماق كبيرة في وشاح الأرض. يمكن أن يصل هذا الماس أحياناً إلى السطح بجيوب صغيرة، أو شوائب مليئة بالمعادن التي لا يمكن أن تتشكل إلا تحت ضغط عالٍ جداً.
حتى ماسة الأمل الشهيرة ربما تكون قد تشكلت في أعماق غلاف الكوكب. قال شيم إنه عندما يزعم العلماء أنهم اكتشفوا ماساً عميقاً جداً، فإن هذه التأكيدات غالباً ما تكون مثيرة للجدل، ويرجع ذلك جزئياً إلى أن التضمينات صغيرة جداً، لدرجة أنه لا يوجد أي مادة يمكن قياسها. لكنه قال إنه قد يكون من المفيد البحث عن الشوائب الواقعة على حدود لب الوشاح. وقال: سيكون هذا نوعاً من الاكتشاف المثير، إذا تمكن شخص ما من العثور على دليل على ذلك. أعلن الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Geophysical Research Letters.
----