تويت
اكتشف العلماء دليلًا على وجود مخزونٍ هائل من غاز الميثان موزع في أعماق المحيط، وهو ناتجٌ من تفاعلات كيميائية داخلها. الميثان غير الحيوي -الناشئ عن تفاعلات كيميائية، غير المتضمن أي مادة عضوية أو كائنات حية- معروف منذ فترة طويله بأنه يوجد مدفونًا في قاع البحر، ويُطلق عبر فوهات في أعماق البحار، لكن أصول نشأة الغاز في بيئة أسفل الماء لم تكن مفهومة بالشكل الكامل.
يقول عالم الجيولوجيا البحرية جيفري سيوالد Jeffrey Seewald من معهد وودز هول لعلوم المحيطات WHOI: «تحديد مصدر غير حيوي للميثان في قاع المحيط يمثل مشكلة نواجهها منذ سنوات عديدة»، وأضاف قائلًا :«هنا مصدر الطاقة الكيميائية التي تُنشأ بواسطة الجيولوجيا».
في دراسة جديدة حلل سيوالد وزملاؤه بمعهد وودز لعلوم المحيطات عينات صخرية من الوشاح العلوي للأرض والقشرة المحيطية السفلى، والتي جُمعت من جميع أنحاء المحيط؛ 160 قطعة صخرية حُصِل عليها من عدة تلال محيطية، وأيضًا جانب مناطق الاندساس -مثل المواقع الأمامية من قوس ماريانا Marian Forearc- بالإضافة إلى المواقع العلوية من القشرة المحيطية التي تدعى الأفيوليتOphiolites .
كشفت تقنيات التحليل الطيفي والمجهري أن الصخور في جميع أعماق البحار تقريبًا، تحتوي على مجموعات صغيرة من غاز الميثان ، والذي يصاحبه في الغالب الهيدروجين.
مسارات السوائل الحبيسة للميثان الغني بالهيدروجين(النقاط السوداء) في صخور الأوليفين
فيما يتعلق بكيفية تكوِّن الميثان، يقول الباحثون بأنه يتكون عندما تتحرك مياه المحيط ببطء متخللة عميقًا في القشرة المحيطية التي تُحاصَر داخل الصخور الساخنة -صخور متكونة من معدن الأوليفين المكون الأساسي لصخور الوشاح العلوي للأرض-.
مع مرور الوقت، يبرد المعدن. عندما يحدث ذلك فإن المياه المخزنة داخل السوائل الحبيسةfluid inclusion (وهي عبارة عن فقاعة مجهرية من السائل والغاز محاصر داخل المعدن) في الصخور تمر عبر تفاعل كيميائي يدعى تفاعل الثعبان serpentinisation، والذي يؤول لإنتاج كلًا من الميثان والهيدروجين.
بمجرد تكوينه، يوضح الباحثون أن غاز الميثان والهيدروجين يبقيان بداخل الصخر لفترات زمنية جيولوجية حتى تُستخلص بواسطة إذابة أو تكسير صخر الأوليفين المضيف». إنه مهم، وليس فقط للميثان على الأرض.
نحن نعلم أن الميثان يوجد بمناطق مختلفة بالنظام الشمسي، مثل المريخ والكثير من الكواكب البعيدة أيضًا. وتساعدنا النتائج الجديدة على توضيح كيف يمكن أن يستمر تواجد الميثان هناك، حتى مع عدم وجود الماء السائل أو النشاط الحراري للماء.
«نظرًا لأن “السوائل الحبيسة” قد تتشكل في صخور الأوليفين التي تتفاعل مع الماء بكثرة في الأجرام السماوية الموجودة في أماكن أخرى في نظامنا الشمسي، فقد يكون لتكوينها آثارًا رئيسية للحفاظ على الحياة الميكروبية خارج الأرض». وأشار الباحثون إلى إن إخراج مصادر الوقود تلك من الصخور يمكنه أن يحافظ على أشكال الحياة دون الحاجه إلى أي شكل من أشكال الغذاء.
«في يومنا الحالي قد يوفر إطلاق المواد المتطايرة والمحبوسة بواسطة تلك الآليات ما يكفي من الهيدروجين والميثان لتزويد النظم الإيكولوجية الميكروبية بمانحي الإلكترونات في البيئة الطبيعية؛ فتكوين الهيدروجين أو غاز الميثان سيكون بطرق أخرى غير تلك».
تقوم إحدى المركبات التي تُشغل عن بعد بفحص عينات السوائل من المنافذ الحرارية المائية
بالعودة للأرض مرة أخرى، من المحتمل أن يكون لدورة الإنتاج والإطلاق الكيميائي تلك بحد ذاتها عامل مهم للحفاظ على حياة الكائنات التي تسكن المحيطات منذ زمن بعيد.
يقول الباحثون إن هذه العملية من المحتمل أن تكون قد تحدث منذ بداية نشأة الصفائح التكتونية «وربما دعمت النظم الإيكولوجية للميكروبات في بيئات جيولوجية متنوعة».
مع ذلك، فإن الفريق يعترف بأن تفسيرهم لكيفية توزيع هذا الكم الهائل من الميثان مجرد تخمين إلى حد ما. مؤكدين بأنه لا يمكن تحديد أصل السوائل المحاصرة بشكل قطعي، لكنهم لاحظوا بأن اكتشافهم لمواد كيميائية أخرى توجد بالصخور أيضًا يتناسق مع كون مياه البحر مصدرًا للسائل الموجود في الصخور.
حتى لو لم يكونوا محقين 100% في قصة منشأ غاز الميثان الغامض، الفكرة الرئيسية الأخرى هي قدر الضخامة التي سينتهي بها المخزون المُكتشف.
على الرغم من أن تحديد حجم الميثان المدفون بالمحيطات ليس هدف الدراسة الأساسي، اعتمادًا على معدل تواجد الميثان بالصخور التي حُللت، فإن الفريق يقدر أن رواسب المحيط في المجمل ستحتوي على كمية ميثان أكثر من تلك المتواجدة بالغلاف الجوي للأرض قبل العصر الصناعي.
واختتم الباحثون بـ: «نتائجنا على الصعيد العالمي تشير إلى إن السوائل الحبيسة قد تمثل أحد أكبر مصادر غاز الميثان غير الحيوي على الأرض».
يقول عالم الجيولوجيا البحرية جيفري سيوالد Jeffrey Seewald من معهد وودز هول لعلوم المحيطات WHOI: «تحديد مصدر غير حيوي للميثان في قاع المحيط يمثل مشكلة نواجهها منذ سنوات عديدة»، وأضاف قائلًا :«هنا مصدر الطاقة الكيميائية التي تُنشأ بواسطة الجيولوجيا».
في دراسة جديدة حلل سيوالد وزملاؤه بمعهد وودز لعلوم المحيطات عينات صخرية من الوشاح العلوي للأرض والقشرة المحيطية السفلى، والتي جُمعت من جميع أنحاء المحيط؛ 160 قطعة صخرية حُصِل عليها من عدة تلال محيطية، وأيضًا جانب مناطق الاندساس -مثل المواقع الأمامية من قوس ماريانا Marian Forearc- بالإضافة إلى المواقع العلوية من القشرة المحيطية التي تدعى الأفيوليتOphiolites .
كشفت تقنيات التحليل الطيفي والمجهري أن الصخور في جميع أعماق البحار تقريبًا، تحتوي على مجموعات صغيرة من غاز الميثان ، والذي يصاحبه في الغالب الهيدروجين.
مسارات السوائل الحبيسة للميثان الغني بالهيدروجين(النقاط السوداء) في صخور الأوليفين
فيما يتعلق بكيفية تكوِّن الميثان، يقول الباحثون بأنه يتكون عندما تتحرك مياه المحيط ببطء متخللة عميقًا في القشرة المحيطية التي تُحاصَر داخل الصخور الساخنة -صخور متكونة من معدن الأوليفين المكون الأساسي لصخور الوشاح العلوي للأرض-.
مع مرور الوقت، يبرد المعدن. عندما يحدث ذلك فإن المياه المخزنة داخل السوائل الحبيسةfluid inclusion (وهي عبارة عن فقاعة مجهرية من السائل والغاز محاصر داخل المعدن) في الصخور تمر عبر تفاعل كيميائي يدعى تفاعل الثعبان serpentinisation، والذي يؤول لإنتاج كلًا من الميثان والهيدروجين.
بمجرد تكوينه، يوضح الباحثون أن غاز الميثان والهيدروجين يبقيان بداخل الصخر لفترات زمنية جيولوجية حتى تُستخلص بواسطة إذابة أو تكسير صخر الأوليفين المضيف». إنه مهم، وليس فقط للميثان على الأرض.
نحن نعلم أن الميثان يوجد بمناطق مختلفة بالنظام الشمسي، مثل المريخ والكثير من الكواكب البعيدة أيضًا. وتساعدنا النتائج الجديدة على توضيح كيف يمكن أن يستمر تواجد الميثان هناك، حتى مع عدم وجود الماء السائل أو النشاط الحراري للماء.
«نظرًا لأن “السوائل الحبيسة” قد تتشكل في صخور الأوليفين التي تتفاعل مع الماء بكثرة في الأجرام السماوية الموجودة في أماكن أخرى في نظامنا الشمسي، فقد يكون لتكوينها آثارًا رئيسية للحفاظ على الحياة الميكروبية خارج الأرض». وأشار الباحثون إلى إن إخراج مصادر الوقود تلك من الصخور يمكنه أن يحافظ على أشكال الحياة دون الحاجه إلى أي شكل من أشكال الغذاء.
«في يومنا الحالي قد يوفر إطلاق المواد المتطايرة والمحبوسة بواسطة تلك الآليات ما يكفي من الهيدروجين والميثان لتزويد النظم الإيكولوجية الميكروبية بمانحي الإلكترونات في البيئة الطبيعية؛ فتكوين الهيدروجين أو غاز الميثان سيكون بطرق أخرى غير تلك».
تقوم إحدى المركبات التي تُشغل عن بعد بفحص عينات السوائل من المنافذ الحرارية المائية
بالعودة للأرض مرة أخرى، من المحتمل أن يكون لدورة الإنتاج والإطلاق الكيميائي تلك بحد ذاتها عامل مهم للحفاظ على حياة الكائنات التي تسكن المحيطات منذ زمن بعيد.
يقول الباحثون إن هذه العملية من المحتمل أن تكون قد تحدث منذ بداية نشأة الصفائح التكتونية «وربما دعمت النظم الإيكولوجية للميكروبات في بيئات جيولوجية متنوعة».
مع ذلك، فإن الفريق يعترف بأن تفسيرهم لكيفية توزيع هذا الكم الهائل من الميثان مجرد تخمين إلى حد ما. مؤكدين بأنه لا يمكن تحديد أصل السوائل المحاصرة بشكل قطعي، لكنهم لاحظوا بأن اكتشافهم لمواد كيميائية أخرى توجد بالصخور أيضًا يتناسق مع كون مياه البحر مصدرًا للسائل الموجود في الصخور.
حتى لو لم يكونوا محقين 100% في قصة منشأ غاز الميثان الغامض، الفكرة الرئيسية الأخرى هي قدر الضخامة التي سينتهي بها المخزون المُكتشف.
على الرغم من أن تحديد حجم الميثان المدفون بالمحيطات ليس هدف الدراسة الأساسي، اعتمادًا على معدل تواجد الميثان بالصخور التي حُللت، فإن الفريق يقدر أن رواسب المحيط في المجمل ستحتوي على كمية ميثان أكثر من تلك المتواجدة بالغلاف الجوي للأرض قبل العصر الصناعي.
واختتم الباحثون بـ: «نتائجنا على الصعيد العالمي تشير إلى إن السوائل الحبيسة قد تمثل أحد أكبر مصادر غاز الميثان غير الحيوي على الأرض».