کریپتون عمق گوشته وضعیت شکل‌گیری اجداد بیرونی منظومه شمسی زمین را نشان می‌دهد!!

تصویر هنری از شکل‌گیری سیارات در اطراف یک ستاره جوان. اندازه‌گیری‌های جدید و بسیار دقیق ایزوتوپ‌های کریپتون از اعماق زمین نشان می‌دهد که آب، کربن و سایر مواد فرار زودتر از آنچه قبلاً تصور می‌شد در زمین گنجانده شده‌اند. اعتبار: رصدخانه جنوبی اروپا

بر اساس تحقیقات جدید دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، کریپتون جمع‌آوری شده از گوشته زمین نقاط داغ زمین‌شناسی در ایسلند و جزایر گالاپاگوس، تصویر واضح‌تری از چگونگی شکل‌گیری سیاره ما را نشان می‌دهد.

ایزوتوپ‌های مختلف کریپتون، اثر انگشت شیمیایی برای دانشمندانی است که مواد سازنده زمین، مانند ذرات باد خورشیدی و شهاب‌سنگ‌های درونی و بیرونی منظومه شمسی را کشف می‌کنند. یافته‌ها نشان می‌دهد که عناصر فرار زمین – عناصر ضروری مانند کربن، آب و نیتروژن – زمانی وارد زمین شدند که زمین در حال رشد و تبدیل شدن به یک سیاره بود. این امر در تضاد با نظریه رایج است که عناصر فرار زمین عمدتاً در نزدیکی پایان شکل‌گیری زمین وارد شده‌اند که با برخورد عظیم شکل‌گیری ماه همراه بوده است. در عوض، ایزوتوپ‌های کریپتون نشان می‌دهند که سیاره‌های کوچک منظومه شمسی بیرونی سرد، زمین را در اوایل، میلیون‌ها سال قبل از بحران بزرگ بمباران کردند. زمین جوان همچنین گرد و غبار و گاز را از سحابی خورشیدی (ابر اطراف خورشید) بیرون کشید و توسط شهاب‌سنگ‌ها بمباران شد.

ساندرین پرون، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: «نتایج ما مستلزم تحویل همزمان مواد فرار از منابع متعدد در اوایل شکل‌گیری زمین است». پرون که در حال حاضر همکار ماری اسکلودوفسکا-کوری در ETH زوریخ در سوئیس است، این تحقیق را در دانشگاه کالیفرنیا دیویس به عنوان یک همکار فوق دکترا با پروفسور سوجوی موخوپادهایای در دپارتمان علوم زمین و سیاره انجام داد.

پرون گفت: “این مطالعه سرنخ‌هایی را برای منابع و زمان برافزایش فرار در زمین ارائه می‌دهد و به محققان کمک می‌کند تا درک بهتری از چگونگی شکل‌گیری نه تنها زمین، بلکه سیارات دیگر در منظومه شمسی و اطراف ستاره‌ها نیز داشته باشند.” این مطالعه در 15 دسامبر در مجله Nature منتشر شده است.

ژئوشیمی اولیه

نقاط داغ آتشفشانی که گدازه‌ها را در ایسلند و گالاپاگوس به بیرون می‌پاشند، توسط توده‌های ماگمایی تغذیه می‌شوند که از عمیق‌ترین لایه گوشته، نزدیک مرز آن با هسته آهنی زمین بالا می‌آیند. عناصر و مواد معدنی موجود در این لایه عمیق نسبتاً بدون تغییر از قبل از برخورد ماه، مانند یک کپسول زمانی از شیمی اولیه زمین با بیش از 4.4 بیلیون سال قدمت هستند.

آزمایشگاه موخوپادهایای در اندازه‌گیری دقیق گازهای نجیب در سنگ‌های زمین و جاهای دیگر تخصص دارد. برای نمونه‌برداری از کریپتون عمیق گوشته، محققان گدازه‌ای را در ستون‌های نقطه داغ جمع‌آوری کردند. گازهای باستانی در گدازه‌های فوران‌کننده به سطح می‌آیند، هنگامی که گدازه‌ها به حالت جامد می‌آیند، به دام می‌افتند و به صورت حباب‌هایی در یک ماتریکس شیشه‌ای دفن و تا حدودی از آلودگی بیرونی محافظت می‌شوند. موخوپادهایای گفت، با این حال، حتی فراوان‌ترین ایزوتوپ‌های کریپتون در این حباب‌ها تنها به چند صد میلیون اتم می‌رسد که تشخیص آنها را چالش‌برانگیز می‌کند.

پرون یک تکنیک جدید برای اندازه‌گیری کریپتون گوشته با طیف‌سنجی جرمی طراحی کرد، کریپتون را از نمونه‌های سنگ در محیطی تقریباً عاری از آلودگی هوا متمرکز کرد و آن را از آرگون و زنون جدا کرد.

او گفت: “مطالعه ما اولین مطالعه‌ای است که به طور دقیق تمام ایزوتوپ‌های کریپتون را برای از جمله نادرترین ایزوتوپ‌های کریپتون، Kr-78 و Kr-80.” گوشته اندازه‌گیری می‌کند.

ساخت یک سیاره

محققان دریافتند که اثر انگشت شیمیایی کریپتون عمق گوشته شباهت زیادی به شهاب‌سنگ‌های بدوی و غنی از کربن دارد که ممکن است از قسمت‌های سرد و بیرونی منظومه شمسی به دست آمده باشند. اما کار قبلی موخوپادهایای و دیگران نشان داد که نئون، گاز نجیب دیگری در عمق گوشته از خورشید گرفته شده است. دو نتیجه متفاوت حداقل دو منبع فرار متمایز را برای گوشته زمین پیشنهاد می‌کنند که در اوایل تاریخ آن ارائه شده‌اند. محققان همچنین به ایزوتوپ نادر Kr-86 در اعماق گوشته در مقایسه با شهاب‌سنگ‌های شناخته شده به مقدار کم اشاره کردند. کمبود Kr-86 نشان می‌دهد که شهاب‌سنگ‌های شناخته شده به تنهایی ممکن است تمام کریپتون گوشته را تشکیل ندهند.

در نهایت، نتایج جدید همچنین پیامدهایی برای چگونگی پیدایش جو زمین دارد. محققان دریافتند نسبت ایزوتوپ‌های مختلف کریپتون در عمق گوشته با نسبت ایزوتوپ‌های جو زمین مطابقت ندارد. این بدان معناست که برخی از گازهای موجود در جو، از جمله گازهای نجیب مانند کریپتون، پس از برخورد ماه به زمین تحویل داده شدند. در غیر این صورت، به گفته پرون، گوشته و جو زمین به دلیل تعادل ایزوتوپی پس از برخورد، ترکیب ایزوتوپی یکسانی خواهند داشت.

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Deep mantle krypton reveals Earth’s outer solar system ancestry

by Becky Oskin, UC Davis DECEMBER 15, 2021

https://phys.org/news/2021-12-deep-mantle-krypton-reveals-earth.html