اكتشف بحث جديد، شارك في تأليفه الدكتور سيمون مارش من معهد أبحاث الجنوب الغربي، أول سيناريو معقول جيوفيزيائيًا يمكن أن يفسر وفرة بعض المعادن الثمينة في وشاح الأرض، بما في ذلك الذهب والبلاتين. واستنادًا إلى عمليات المحاكاة أو النماذج، وجد العلماء أن سيناريوهات خلط مواد الوشاح الناتجة عن التأثير يمكن أن تمنع المعادن من الغرق بالكامل في القلب.
اكتشف بحث جديد، شارك في تأليفه الدكتور سيمون مارش من معهد أبحاث الجنوب الغربي، أول سيناريو معقول جيوفيزيائيًا يمكن أن يفسر وفرة بعض المعادن الثمينة في وشاح الأرض، بما في ذلك الذهب والبلاتين. بناءً على عمليات المحاكاة هذه، اكتشف العلماء سيناريو خلط مادة الوشاح الناتج عن التأثير والذي يمكن أن يمنع المعادن من الغرق بالكامل في القلب. مصدر الصورة: معهد أبحاث الجنوب الغربي
في وقت مبكر من تطورها، منذ حوالي 4.5 مليار سنة، اصطدمت الأرض بكوكب بحجم المريخ، وربما يكون القمر قد تشكل من شظايا القرص التي ضربت مدار الأرض. ما تلا ذلك كان فترة طويلة من القصف، تُعرف باسم "التراكم المتأخر"، عندما اصطدمت كوكبيات صغيرة بحجم القمر بالأرض، مطلقة مواد بما في ذلك عناصر "محبة للحديد" (HSEs) (معادن ذات صلة قوية بالحديد) التي تم دمجها في الأرض الفتية.
قال مارش: "لقد أظهرت عمليات المحاكاة السابقة للتأثيرات التي تخترق الوشاح أن جزءًا صغيرًا فقط من اللب المعدني للكواكب المصغرة يمكن استيعابه بواسطة الوشاح، وأن معظم هذه المعادن - بما في ذلك HSE - تتدفق بسرعة إلى اللب". شارك في تأليف ورقة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) التي توضح النتائج الجديدة. "وهذا يقودنا إلى السؤال: كيف اكتسبت الأرض بعض معادنها الثمينة؟ لقد طورنا عمليات محاكاة جديدة لمحاولة شرح مزيج المواد المعدنية والصخرية في الوشاح اليوم."
يوضح هذا المخطط التفسير الأكثر منطقية من الناحية الجيوفيزيائية لوجود معادن HSE الوفيرة في وشاح الأرض. في حالة القصف المطول، سيصطدم الجسم المرتطم بالأرض وينقل المواد. (أ) كان من الممكن أن يغوص المعدن السائل في محيط الصهارة الناتج عن الارتطام الناتج محليًا ثم يتسرب إلى المنطقة المنصهرة جزئيًا أدناه. (ب) يؤدي الضغط إلى تصلب المعدن الموجود في المنطقة المنصهرة وغرقه. (ج) يقوم الحمل الحراري بعد ذلك بخلط وإعادة توزيع تركيبة الوشاح المشربة بالمعادن على فترات زمنية جيولوجية أطول. مصدر الصورة: معهد أبحاث الجنوب الغربي
تشير الوفرة النسبية لـ HSEs في الوشاح إلى أن HSEs قد تم تسليمها عن طريق التأثيرات بعد تكوين القلب. ومع ذلك، فقد ثبت أن الاحتفاظ بهذه العناصر في الوشاح أمر صعب حتى الآن. تدرس المحاكاة الجديدة كيف يمكن لمنطقة منصهرة جزئيًا أسفل محيط الصهارة الناتج عن تأثير محلي أن تمنع المعادن الكوكبية من السقوط في قلب الأرض.
قال الدكتور جون كوريناجا من جامعة ييل، المؤلف الرئيسي للدراسة: "لتحقيق ذلك، قمنا بمحاكاة خلط الكواكب المصغرة المتصادمة مع مادة الوشاح في ثلاث مراحل تدفق: معادن السيليكات الصلبة، وصهارة السيليكات المنصهرة، والمعدن السائل". "إن الديناميكيات السريعة لهذا النظام ثلاثي المراحل، إلى جانب الخلط طويل الأمد الذي يوفره الحمل الحراري في الوشاح، تسمح بالاحتفاظ بـ HSEs من الكواكب المصغرة في الوشاح."
في هذه الحالة، سيصطدم الجسم المصطدم بالأرض، مما يخلق محيطًا محليًا من الصهارة السائلة التي ستغرق فيها المعادن الثقيلة إلى القاع. عندما يصل المعدن إلى المنطقة المنصهرة جزئيًا بالأسفل، فإنه يخترق المادة المصهورة بسرعة ثم يغوص ببطء إلى قاع الوشاح. خلال هذه العملية، يتصلب الوشاح المنصهر، مما يؤدي إلى احتجاز المعدن. يحدث هذا عندما يبدأ الحمل الحراري، حيث تتسبب الحرارة الصادرة من قلب الأرض في اهتزاز المواد الموجودة في الوشاح الصلب ببطء شديد، ويحمل التيار الناتج الحرارة من باطن الأرض إلى سطح الأرض.
وقال كوريناجا: "الحمل الحراري للوشاح هو العملية التي ترتفع من خلالها مادة الوشاح الساخنة وتنخفض المواد الباردة". "إن الوشاح صلب بالكامل تقريبًا، على الرغم من أنه على مدى فترات زمنية جيولوجية طويلة يتصرف كسائل مرن وشديد اللزوجة يمزج ويعيد توزيع مواد الوشاح، بما في ذلك HSE المتراكمة في الاصطدامات الكبيرة التي حدثت منذ مليارات السنين."