زیر سوال رفتن منشاء آهن زمین
مجله علمی ایلیاد - پژوهش‌های جدید در دانشگاه تگزاس آستین، نشان می‌دهد که ترکیب آهنی منحصربه‌فرد زمین، با ایجاد هسته‌ی سیاره ارتباطی ندارد؛ لذا رویدادی که در شکل و شمایل زمین طی سال‌های نخست پیدایش آن نقش داشت، زیر سؤال می‌رود. پژوهش منتشر شده در مجله‌ی Nature Communications در روز ۲۰ فوریه‌ی ۲۰۱۷، درهای جدیدی را بر روی سایر نظریات در خصوص پرداختن بیشتر به این سؤال می‌گشاید که چرا زمین در قیاس با سایر سیاره‌ها از میزان ایزوتوپ‌های آهن سنگین بیشتری برخوردار است؟
در اینجا به برخی از فرضیه‌های مهم پرداخته‌ایم؛ اول اینکه احتمال برخورد با سیاره‌ای دیگر که ماه را به‌وجود آورده، زمینه‌ساز تبخیر ایزوتوپ‌های آهن سبک در فضا شده است؛ دوم اینکه جنبش کُند گوشته‌ی زمین، به‌هنگام ساخت و بازیافت پوسته‌ی زمین می‌تواند آهن سنگین را در دل سنگ‌ها جای داده باشد؛ سوم اینکه ترکیب مواد حامی که زمین را در روزهای نخست آن پدید آوردند، غنی از آهن سنگین بوده است.
ایزوتوپ گونه‌ای از اتم است که وزن متفاوتی با سایر اتم‌های همان عنصر دارد، زیرا تعداد نوترون‌های آن فرق می‌کند. «جونگ فو لی»، استاد دانشکده‌ی علوم زمین یو‌تی جکسون و یکی از محققان در مطالعه‌ی حاضر، اظهار داشت: «تشکیل هسته‌ای زمین شاید مهمترین رویداد تاثیرگذار در تاریخ زمین بود که طی آن، مواد تشکیل دهنده‌ی کل زمین ذوب و تفکیک شدند. ما در این مطالعه معتقدیم که باید سرمنشاء و دلایل دیگری برای ناهنجاری در ایزوتوپ آهن زمین وجود داشته باشد.»
«جین لئو»، محقق فوق دکتری در دانشگاه استنفورد، مدرک دکتری‌اش را نیز از دانشکده جکسون اخذ نمود. همکاران وی شامل دانشمندانی از دانشگاه شیکاگو، دانشگاه سوربن فرانسه، آزمایشگاه ملی آرگون، مرکز تحقیقات فناوری پیشرفته و علوم فشار بالا در چین و دانشگاه ایلینویز در يوبرانا شمپين بودند.
نمونه‌ی سنگ‌های متعلق به سایر اجرام سیاره ای، از ماه گرفته تا مریخ و شهاب‌سنگ‌های کهن موسوم به چاندريت، تقریباً همگی از نسبت ایزوتوپ‌های آهن سنگین به سبک یکسانی برخوردار هستند. در مقایسه با این نمونههای به‌دست آمده از فضا، سنگ‌های زمین حدوداً ۰.۰۱ درصد دارای ایزوتوپ‌های آهن سنگین بیشتری نسبت به ایزوتوپ‌های سبک هستند.
شاید این مقدار زیاد، قابل توجه به‌نظر رسد، اما آقای لین گفت که همین مقدار برای منحصربه‌فرد ساختن ترکیب آهن زمین در میان جهان‌های شناخته شده، کافی است. لین افزود: «این ناهنجاری ۰.۰۱ درصدی در مقایسه با چاندريت بسیار قابل توجه است. این اختلاف مهم نشان از منبع یا سر منشأ متفاوتی برای سیاره ما دارد.
به گفته لین، یکی از مشهورترین نظریه‌ها برای توضیح ترکیب آهن زمین این است که اندازه‌ی نسبتاً بزرگ سیاره در قیاس با سایر اجرام سنگی در منظومه‌ی شمسی، باعث ایجاد فشار و دمای زیاد در طول تشکیل هسته شد؛ این عامل در بروز ایزوتوپ‌های آهن سبک و سنگین در پوسته و گوشته، با نسبت‌های مختلف نقش داشت. لذا میزان ایزوتوپ‌های آهن سنگین رو به افزایش گذاشت و پیوندی با عنصرهای تشکیل‌دهنده‌ی گوشته برقرار کرد. اما ایزوتوپ‌های آهن سبک با یکدیگر و سایر فلزات پیوند حاصل نمود تا شرایط برای تشکیل هسته‌ی زمین مهیا گردد.
زمانی‌که گروه پژوهشی از سندان الماسی برای قرار دادن نمونههای کوچکی از آلیاژهای فلز و سنگ‌های سیلیکاتى در معرض فشار ناشی از تشکیل هسته استفاده کردند، نه تنها دریافتند که ایزوتوپ‌های آهن دچار تغییر نشده و جای‌شان تکان نخوردند، بلکه پیوندهای میان آهن و سایر عناصر نیز قوی‌تر شد. ساختار پیوندی اولیه به جای شکستن و برقراری ارتباط مجدد با عناصر رایج هسته یا گوشته، قوی‌تر هم شد.
ليو بیان کرد: «مطالعات ما پیرامون فشار بالا نشان می‌دهد که چند دستگی ایزوتوپى آهن میان گوشته‌ی سیلیکاتى و هسته‌ی فلزی ناچیز است. «نيکولاس دوفاس»، محقق و استاد در دانشگاه شیکاگو تاکید کرد که تجزیه و تحلیل اندازه‌گیری‌های مقیاس اتمی کار شگرفی بود. برای سر در آوردن از این اندازه‌گیری‌ها، باید از روش‌های ریاضی پیچیده استفاده کرد.
«هلن ویلیامز»، سخنران زمین‌شناسی در دانشگاه کمبریج گفت: «پی‌بردن به شرایط فیزیکی تشکیل هسته‌ی زمین کار دشواری است، اما فشار زیاد در آزمایش‌ها مستلزم شبیه‌سازی واقع‌گرایانه‌تری است. این مطالعه جالب با روش نوینی صورت می‌گیرد که نتایج آزمایش‌های قبلی را تایید کرده و آن‌را به شرایط دیگری هم بسط مي‌دهد. پی بردن به دلیل منحصربه‌فرد بودن ترکیب آهن زمین، فرآیند زمان‌بري خواهد بود.
نوشته: University of Texas at Austin
ترجمه: مجله علمی ایلیاد