دانشمندان اولین شواهد از «زمین اولیه» ۴.۵ بیلیون ساله را کشف کردند که در اعماق سیاره ما دفن شده است

این شاید اولین شواهد مستقیمی باشد که نشان می‌دهد ما مواد زمین اولیه را حفظ کرده‌ایم.

 یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که سنگ‌های باستانی از گرینلند، کانادا و هاوایی یک اثر انگشت شیمیایی نادر را حفظ کرده‌اند که ممکن است از سیاره اولیه باشد. اعتبار تصویر: Stocktrek Images/Getty Images)

دانشمندان چیزی را شناسایی کرده‌اند که ممکن است اولین شواهد مستقیم از مواد باقی مانده از “پیش-زمین”، نسخه اولیه سیاره ما باشد که قبل از یک ضربه عظیم وجود داشته است که باعث تشکیل ماه شد و آن را برای همیشه تغییر شکل داد.

این مطالعه که روز سه‌شنبه (14 اکتبر) در مجله Nature Geoscience منتشر شد، نشان می‌دهد که سرنخ‌های شیمیایی کوچکی از این پیش-زمین، اساساً بدون تغییر، برای بیلیونها سال در اعماق سنگ‌های زمین باقی مانده‌اند. این یافته‌ها دریچه‌ای نادر به سوی بلوک‌های سازنده اولیه سیاره فراهم می‌کند و می‌تواند سرنخ‌هایی در مورد چگونگی شکل زمین و جهان‌های همسایه آن در دوران اولیه خود به دانشمندان ارائه دهد.

نیکول نای، استادیار علوم زمین و سیاره‌ای در MIT که رهبری مقاله جدید را بر عهده داشت، در بیانیه‌ای گفت: “این شاید اولین شواهد مستقیمی باشد که ما مواد پیش-زمین را حفظ کرده‌ایم.”

تقریباً ۴.۵ بیلیون سال پیش، منظومه شمسی جوان ابری چرخان از گاز و غبار بود که اولین سیارک‌ها و سیارات، از جمله زمین جوان، و سپس یک کره داغ و مذاب را تشکیل داد که احتمالاً با اقیانوس‌هایی از گدازه در حال جوشیدن بود.

کمتر از ۱۰۰ میلیون سال بعد، یک سیارک به اندازه مریخ در رویدادی چنان شدید با زمین اولیه برخورد کرد که تقریباً کل سیاره را ذوب و دوباره مخلوط کرد و در این فرآیند ماه را ایجاد کرد. مطالعه جدید خاطرنشان می‌کند که این آخرین رویدادی بود که باعث ذوب گسترده گوشته زمین شد و دانشمندان مدت‌ها گمان می‌کردند که این “برخورد عظیم” تقریباً تمام آثار شیمیایی آنچه را از بین برده است که قبلاً رخ داده بود.

اما نای و همکارانش عدم تعادل ظریفی را در ایزوتوپ‌های پتاسیم در سنگ‌های باستانی، به ویژه کمبود پتاسیم-۴۰، کشف کردند محققان معتقدند که این ناهنجاری، اثر انگشت بالقوه‌ای از موادی است که از خود زمین اولیه باقی مانده است.

نای در این بیانیه گفت: “ما تکه‌ای از زمین بسیار باستانی را حتی قبل از برخورد عظیم می‌بینیم. این شگفت‌انگیز است زیرا انتظار داریم این امضای بسیار اولیه به آرامی در طول تکامل زمین پاک شود.”

پتاسیم به طور طبیعی در سه ایزوتوپ وجود دارد – پتاسیم-۳۹، پتاسیم-۴۰ و پتاسیم-۴۱، که نسخه‌های کمی متفاوت از یک عنصر با تعداد نوترون‌های متفاوت اما تعداد پروتون‌های یکسان هستند.

در سال ۲۰۲۳، تیم نای، شهاب‌سنگ‌هایی را تجزیه و تحلیل کرد که در زمان‌ها و مکان‌های مختلف در سراسر منظومه شمسی تشکیل شده و از سراسر زمین جمع‌آوری شده بودند. نای در بیانیه‌ای گفت: محققان تفاوت‌های ایزوتوپی پتاسیم ظریفی را در بین آنها یافتند، به این معنی که ایزوتوپ‌های مختلف می‌توانند “به عنوان ردیاب بلوک‌های سازنده زمین” استفاده شوند.

در مطالعه جدید، این تیم به دنبال ناهنجاری‌های مشابه پتاسیم در قدیمی‌ترین و عمیق‌ترین سنگ‌های زمین بود. این نمونه‌ها از گرینلند، الکسو در کمربند ابیتیبی کانادا و کمربند کوماتیت وینیپگوس در مانیتوبا؛ آتشفشان‌های کامائهوآکانالوا و ماونا لوا در هاوایی؛ و آتشفشان نیوبری در رشته‌کوه کاسکاد در شمال غربی ایالات متحده جمع‌آوری شده بودند.

نای در این بیانیه گفت: «اگر این نشانه پتاسیم حفظ شده باشد، ما می‌خواهیم آن را در زمان‌های بسیار دور و اعماق زمین جستجو کنیم».

محققان دریافتند که این مواد باستانی حتی کمتر از حد انتظار پتاسیم-۴۰ دارند که نشان می‌دهد سنگ‌ها «به طور متفاوتی ساخته شده‌اند».

طبق مطالعه جدید، محققان برای تشخیص چنین سیگنال کوچکی، سنگ‌های پودر شده را در اسید حل کردند، پتاسیم حاصل را جدا کردند و سپس از یک طیف‌سنج جرمی فوق حساس برای اندازه‌گیری دقیق نسبت‌های سه ایزوتوپ عنصر استفاده کردند.

محققان همچنین شبیه‌سازی‌های کامپیوتری را انجام دادند تا بررسی کنند که آیا فرآیندهای زمین‌شناسی یا کیهانی شناخته شده، مانند برخورد سیارک‌ها، همرفت مواد از گوشته زمین به سطح آن یا ذوب سیاره‌ای در مقیاس بزرگ می‌تواند نسبت‌های ایزوتوپ پتاسیم مشاهده شده را توضیح دهد یا خیر. اما در هر سناریویی که مدل‌سازی شد، ترکیبات شبیه‌سازی شده حاوی پتاسیم-۴۰ کمی بیشتر از نمونه‌های واقعی سنگ از کانادا، گرینلند و هاوایی بودند.

محققان می‌گویند این کمبود نشان‌دهنده‌ی گوشته‌ی اولیه‌ی زمین اولیه است که تا حد زیادی از اختلاط ناشی از برخورد عظیم جان سالم به در برده و هنوز هم در اعماق زمین وجود دارد.

در حالی که شهاب‌سنگ‌های مورد مطالعه در کار قبلی این تیم نیز ناهنجاری‌های پتاسیم را نشان دادند، اما دقیقاً همان کمبود را نشان ندادند، که نشان می‌دهد موادی هنوز کشف نشده‌اند که در ابتدا زمین اولیه را تشکیل داده‌اند.

نای در همان بیانیه گفت: “دانشمندان در تلاش بوده‌اند تا با ترکیب ترکیبات گروه‌های مختلف شهاب‌سنگ‌ها، ترکیب شیمیایی اولیه‌ی زمین را درک کنند.

اما مطالعه‌ی ما نشان می‌دهد که فهرست فعلی شهاب‌سنگ‌ها کامل نیست و چیزهای بیشتری برای یادگیری در مورد منشأ سیاره‌ی ما وجود دارد.”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Scientists discover 1st evidence of 4.5-billion-year-old ‘proto-Earth’ buried deep within our planet

By Sharmila Kuthunur

https://www.space.com/astronomy/earth/scientists-discover-1st-evidence-of-4-5-billion-year-old-proto-earth-buried-deep-within-our-planet