کشف یک کارخانه تولید الماس در اعماق زمین

هسته زمین، بزرگ‌ترین ذخیره کربن روی زمین است و ۹۰ درصد کربن در آن دفن شده است. دانشمندان دریافتند که پوسته اقیانوسی که بر بالای زمین‌ساخت صفحه‌ای قرار دارد و به داخل می‌افتد، حاوی مواد معدنی آبدار است و گاهی اوقات به مرز بین هسته و گوشته می‌رسد.

به گزارش وبگاه سای‌تِک‌دِیلی (SciTechDaily)، در مرز هسته و گوشته زمین، دما حداقل ۲ برابر گدازه بوده و به اندازه‌ای زیاد است که آب از مواد معدنی آبدار خارج می شود. در نتیجه، ممکن است یک واکنش شیمیایی قیاس‌پذیر با فولاد زنگ‌زده در نزدیکی مرز هسته و گوشته زمین رخ دهد.

پژوهشگران دانشگاه ایالتی آریزونا با هدف پژوهش درخصوص مرز هسته و گوشته زمین، آزمایشاتی را در چشمه فوتون پیشرفته در آزمایشگاه ملی آرگون در آمریکا انجام دادند. آنها آب، آلیاژ آهن و ‌کربن را فشرده و گرم کردند تا شرایطی مشابه شرایط مرز هسته و گوشته زمین ایجاد شود و آلیاژ آهن‌ و کربن را ذوب کند.

دانشمندان کشف کردند که آب و فلز واکنش نشان داده و اکسیدهای آهن و هیدروکسیدهای آهن را تشکیل می‌دهند، درست مانند زنگ‌زدگی در سطح زمین. آنها مشاهده کردند که در شرایط مرزی هسته و گوشته زمین، کربن از آلیاژ آهن و فلز مایع جدا می‌شود و الماس را تشکیل می‌دهد.

به گفته دانشمندان، دما در مرز بین گوشته سیلیکات و هسته فلزی در عمق سه هزار کیلومتری زمین به حدود هفت هزار فارنهایت می‌رسد که به اندازه‌ای بالا است که بیشتر کانی‌ها آب جذب‌شده در ساختارهای مقیاس اتمی خود را از دست بدهند. در واقع، دما به اندازه‌ای زیاد است که برخی از مواد معدنی باید در چنین شرایطی ذوب شوند.

به دلیل اینکه کربن عنصری آهن‌دوست است، انتظار می‌رود کربن زیادی در هسته زمین وجود داشته باشد، در حالی که تصور می‌شود مقدار کربن گوشته نسبتاً کم است. با این حال، دانشمندان دریافتند که میزان کربن موجود در گوشته زمین بسیار بیشتر از حد انتظار است.

دانشمندان معتقدند در فشارهای مورد انتظار در مرز هسته و گوشته زمین، آلیاژ هیدروژن با مایع فلز آهن، حلالیت سایر عناصر سبک در هسته را کاهش می‌دهد بنابراین، حلالیت کربن که به احتمال زیاد در هسته زمین وجود دارد در جایی که هیدروژن از گوشته وارد هسته می‌شود (از طریق کم‌آبی) به‌طور موضعی کاهش می‌یابد.

الماس، شکل پایدار کربن در شرایط فشار و دمای مرز هسته و گوشته زمین است بنابراین، کربنی که از هسته بیرونی (مایع) زمین خارج می‌شود، وقتی وارد گوشته زمین می‌شود، تبدیل به الماس می‌شود.

کربن یک عنصر ضروری برای حیات است و در بسیاری از فرآیندهای زمین‌شناسی نقشی مهم ایفا می‌کند. کشف جدید مکانیسم انتقال کربن از هسته به گوشته به فهم چرخه کربن در اعماق زمین کمک خواهد کرد. جالب توجه است که تشکیل الماس در مرز هسته‌ و گوشته احتمالاً میلیاردها سال پس از آغاز فرورانش در زمین ادامه داشته است.

پژوهش جدید حاکی از این است که نشت کربن از هسته به گوشته زمین طی فرآیند تشکیل الماس به احتمال زیاد دلیل وجود مقدار زیاد کربن در گوشته زمین است. دانشمندان پیش‌بینی کردند که سازه‌های غنی از الماس در مرز هسته و گوشته وجود داشته باشند و احتمال دادند بتوان با مطالعات لرزه‌ای، این سازه‌ها را شناسایی کرد.

دلیل اینکه امواج لرزه‌ای باید با سرعت بسیار زیاد در ساختارهای غنی از الماس در مرز هسته و گوشته منتشر شوند، این است که الماس‌ها به شدت تراکم‌ناپذیر هستند و در مقایسه با سایر مواد در مرز هسته و گوشته چگالی کمتری دارند.

این تیم پژوهشی قصد دارد، بررسی کند که واکنش چگونه می‌تواند غلظت عناصر سبک دیگر مانند سیلیکون، گوگرد و اکسیژن را در هسته تغییر دهد و چگونه چنین تغییراتی بر کانی‌شناسی گوشته عمیق تأثیر می‌گذارند.