یادگارهای زمین اولیه؛ کشف سنگ‌هایی که از برخورد سیاره تیا جان سالم به‌در بردند
پژوهشگران دریافته‌اند سنگ‌هایی که از کانادا، گرینلند و هاوایی به‌دست آمده‌اند، نسبت به سنگ‌های دیگر بخش‌های زمین، مقدار بسیار کمتری ایزوتوپ کمیاب پتاسیم-۴۰ دارند. به‌باور دانشمندان، این یافته نشان می‌دهد سنگ‌ها از موادی ساخته شده‌اند که پیش از برخورد عظیم منجر به شکل‌گیری ماه، در زمین وجود داشته‌اند.
در آغاز تاریخ زمین، جرمی به اندازه‌ی سیاره‌ی مریخ با زمین اولیه برخورد کرد. این برخورد بسیار قدرتمند قرار دارای بود و مقدار زیادی از مواد زمین را به فضا پرتاب کرد؛ موادی که سرانجام ماه را به وجود آوردند. پس از این رویداد، سطح زمین برای مدتی طولانی به حالت گدازه‌ای و داغ باقی ماند.
براساس چندین پژوهش‌های جدید، جرم برخوردکننده که «تیا» نام گرفته هست، شاید بخش بزرگی از آبِ موجود در اقیانوس‌های امروزی را به زمین آورده هست و همین امر سبب گردید زمین برای زیست‌پذیری آماده شود.
براثر آن برخورد باستانی، ساختار زمین چنان دگرگون گردید که امروزه حدود ۹۰ درصد ترکیب آن از مخلوطی از زمین اولیه و تیا تشکیل شده هست. بخش اندکی از مواد دیگر نیز بعدها ازطریق برخورد شهاب‌سنگ‌ها به پوسته‌ی زمین افزوده گردید.
با‌این‌حال، دکتر نیکول نی از مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) این پرسش را مطرح کرد که آیا ممکن هست هنوز بخش‌هایی از زمین اولیه، دست‌نخورده باقی مانده باشند؟ برای یافتن پاسخ، او و همکارانش تصمیم گرفتند ویژگی‌هایی را که پس از برخورد تیا به زمین افزوده گردید، شناسایی کنند و سپس به دنبال نمونه‌هایی بگردند که این ویژگی‌ها را ندارند.
تیم پژوهشی با بررسی شهاب‌سنگ‌ها دریافت که این اجرام معمولاً نسبت به زمین، غنی‌تر از پتاسیم-۴۰ هستند؛ یعنی مقدار پتاسیم-۴۰ در مقایسه با ایزوتوپ‌های دیگر پتاسیم (پتاسیم-۳۹ و پتاسیم-۴۱) در آن‌ها بیشتر هست. اگر این روند در طول زمان ثابت مانده باشد، زمین پیش از رسیدن شهاب‌سنگ‌ها باید به‌مراتب کمتر از مقدار فعلی، پتاسیم-۴۰ داشته باشد. این نتیجه بسیار چشمگیر هست؛ زیرا پتاسیم-۴۰ فقط حدود ۰٫۰۱ درصد از کل پتاسیم موجود در پوسته‌ی زمین را تشکیل می‌دهد.
هرچندین ممکن هست تیا نیز مانند زمین اولیه از نظر پتاسیم-۴۰ فقیر بوده باشد و مقدار اضافی این ایزوتوپ بعدها ازطریق شهاب‌سنگ‌ها وارد زمین شده باشد، پژوهشگران این احتمال را ضعیف می‌دانند. بنابراین آن‌ها نتیجه گرفتند اگر سنگ‌هایی پیدا شوند که به‌طور چشمگیری پتاسیم-۴۰ کمی داشته باشند، شاید منشأ آن‌ها به زمانی بازمی‌گردد که زمین هنوز با تیا برخورد نکرده قرار دارای بود.
پژوهشگران سنگ‌هایی را کشف کرده‌اند که پتاسیم-۴۰ بسیار کمی دارند و شاید از زمین اولیه پیش از برخورد با تیا شکل گرفته‌اند
پژوهشگران دو گروه از مکان‌ها را بهترین گزینه برای جست‌وجوی چنین سنگ‌هایی دانستند: نخست، مناطقی که قدیمی‌ترین سنگ‌های شناخته‌شده‌ی زمین در آن‌ها یافت خواهد گردید، مانند گرینلند و بخش‌هایی از کانادا و دوم، مناطقی با سنگ‌های جوان‌تر اما منشأگرفته از اعماق گوشته‌ی زمین؛ جایی که ممکن هست از تأثیر تیا دور مانده باشند. دکتر نی در توضیح این موضوع بیان کرد: «اگر این نشانه‌ی پتاسیم حفظ‌شده باشد، باید آن را هم در سنگ‌های بسیار کهن و هم در موادی که از اعماق زمین به سطح آمده‌اند، جست‌وجو کنیم.»
هنگامی که پژوهشگران نمونه‌هایی از سنگ‌های قدیمی گرینلند و کانادا و نیز از جزایر آتشفشانی هاوایی و رئونیون را در دستگاه طیف‌سنج جرمی بررسی کردند، دریافتند این نمونه‌ها حدود ۶۵ قسمت در میلیون پتاسیم-۴۰ کمتری نسبت به سایر مناطق دارند. این مقدار به قدری پایین هست که نشان می‌دهد ترکیب این سنگ‌ها باید حدوداً از مواد خالص زمین اولیه تشکیل شده باشد.
عناصری مانند روتنیوم و مولیبدن نیز وجود دارند که نسبت ایزوتوپی آن‌ها در زمین با شهاب‌سنگ‌ها تفاوت دارد، اما به خاطر رفتار متفاوت این عناصر هنگام ورود به هسته‌ی زمین، نامکان دارد از آن‌ها برای تأیید قطعی نتایج استفاده کرد.
یکی از پرسش‌های مهمی که هنوز پاسخی برایش وجود ندارد، این هست که چرا زمین اولیه تا این اندازه از پتاسیم-۴۰ تهی بوده هست. چندین شهاب‌سنگ‌ها نیز مقدار ناچیزی از این ایزوتوپ دارند، اما هیچ‌کدام ترکیب ایزوتوپی مشابه با نمونه‌های چهار منطقه‌ی بررسی‌شده را نشان نمی‌دهند.
نی و همکارانش اذعان می‌کنند که هنوز نمی‌دانند چرا زمین اولیه ازنظر ترکیب پتاسیم با دیگر اجرام منظومه‌ی شمسی تفاوت داشته هست. نی پیشنهاد انجام می‌دهد که شاید لازم باشد مجموعه‌ی گسترده‌تری از شهاب‌سنگ‌ها مورد مطالعه قرار گیرد؛ زیرا ممکن هست نمونه‌ای وجود داشته باشد که ترکیب آن با زمین پیش از برخورد با تیا مطابقت داشته باشد.
نیز هنوز مشخص نیست چگونه این سنگ‌های خاص از آلودگی پتاسیم-۴۰ تیا در امان مانده‌اند.
نتایج پژوهش در مجله‌ی Nature Geoscience منتشر شده هست.
- مریم صفدری
دیدگاه‌ها