هسته زمین میلیاردها سال است که به طور بی سر و صدا نشت آب دارد

حدود 4.5 میلیارد سال پیش، زمین جوان تا حد زیادی یک جهان مذاب بود. همانطور که سیاره گرم شد و به تدریج متمایز شد، آهن متراکم به سمت مرکز آن فرو رفت و هسته فلزی را تشکیل داد، در حالی که مواد سیلیکات سبک تر برای تشکیل گوشته بالا آمدند. این جدایی ساختار داخلی زمین را شکل داد، اما ممکن است پایان تعامل بین این دو مخزن بزرگ را نشان نداده باشد.

در مطالعه‌ای که اخیرا در Science Advances منتشر شده است، دانشمندان بررسی کردند که آیا هسته زمین از گوشته جدا مانده است یا اینکه آیا مواد در طول میلیاردها سال بین آنها حرکت کرده است. دانشمندان به نشانه‌های شیمیایی غیرمعمول یافت شده در سنگ‌های آتشفشانی روی آوردند که می‌تواند سرنخ‌هایی را ارائه دهد که به قدیمی‌ترین تاریخ زمین بازمی‌گردد.

یافته‌ها نشان می‌دهد که هیدروژن - یکی از اجزای کلیدی آب - از هسته فلزی سیاره به پایین‌ترین لایه گوشته نشت کرده و در نهایت بر ترکیب سنگ‌های آتشفشانی در سطح تأثیر می‌گذارد.

درون زمین لزوما از نظر شیمیایی یکنواخت نیست. برخی از مناطق گوشته عمیق زمین، مواد تشکیل‌دهنده سیاره را حفظ کرده و از گرمای عظیم و اختلاط تاریخ اولیه آن جان سالم به در بردند. برخی از مواد غیرعادی ممکن است از هسته منشا گرفته باشند و بعدا به سمت گوشته سنگی پوشانده شده باشند.

محققان پشت این مطالعه جدید از شبیه سازی های کامپیوتری برای تکرار شرایط موجود در اعماق زمین استفاده کردند. آنها تصمیم گرفتند تا بررسی کنند که چگونه دو شکل هیدروژن، هیدروژن سبک استاندارد و نوع سنگین تر به نام دوتریوم، به عنوان سنگ مذاب سرد شده و متبلور به کانی های مختلف رفتار می کنند.

شبیه‌سازی‌ها نشان داد که با سرد شدن و متبلور شدن اقیانوس ماگمایی باستانی زمین، دو شکل هیدروژن آن به طور نسبتا مساوی در سراسر گوشته توزیع شده‌اند. اگرچه تغییرات جزئی در نسبت ایزوتوپ ها در اعماق مختلف ایجاد شد، اما برای توضیح سطوح فوق العاده پایین دوتریوم مشاهده شده در سنگ های آتشفشانی از مکان هایی مانند جزیره بافین در قطب شمال کانادا و ایسلند کافی نبود.

برای کمک به توضیح نشانه‌های شیمیایی غیرعادی یافت شده در سنگ‌های آتشفشانی، محققان پیشنهاد می‌کنند که آب، به شکل هیدروژن با نسبت کمی دوتریوم، احتمالا طی میلیاردها سال از هسته فلزی زمین به گوشته اطراف نشت کرده است. همانطور که آهن برای تشکیل هسته غرق شد، هیدروژن سبک تری جذب کرد و باعث شد که هسته زمین در دوتریوم تهی شود.

سرنخ دیگری که به یک هسته نشت‌دار اشاره می‌کند، وجود نسبت‌های غیرعادی بالای هلیوم-3 به هلیوم-4 است که در سنگ‌های آتشفشانی یافت می‌شود، شکل نادری از هلیوم که ممکن است از تاریخ اولیه‌اش در هسته زمین حفظ شده باشد. همان سنگ‌های آتشفشانی دارای نشانه‌های تنگستن و روتنیوم غیرمعمولی هستند که به کمک هسته نیز اشاره می‌کند.

این یافته ها احتمال انتقال مواد فرار اولیه از هسته به گوشته را تقویت می کند. چنین تبادلی پیامدهای مهمی برای درک فضای داخلی زمین خواهد داشت. هسته و گوشته به جای اینکه به‌عنوان مخازن شیمیایی کاملا مجزا عمل کنند، ممکن است عناصر فرار را در طول زمان زمین‌شناسی رد و بدل کرده باشند و به موادی از اعماق زمین اجازه دهند که بر ترکیب سنگ‌های آتشفشانی در سطح تأثیر بگذارند.

محققان امیدوارند مطالعات آینده را انجام دهند تا بفهمند دقیقا چگونه مواد از هسته به گوشته راه پیدا می کنند.