تويت
كُشِفَ عن الجزء السفلي من بلورات الزيركون عندما ظهرت الصفائح التكتونية. انتقلت صفائح الأرض التكتونية باستمرار منذ أن ظهرت قبل 3.6 مليار سنة، وفقًا لدراسة جديدة على بعض من أقدم بلورات العالم. في السابق، اعتقد الباحثون أن هذه الصفائح تشكلت في أي مكان منذ 3.5 إلى 3 مليار سنة، وبعض الأبحاث التي لم تنشر بعد قدرت أن عمر الصفائح 3.7 مليار سنة.
صورة: مقطع مجهري لقطعة رقيقة من صخر مصقول من تلال جاك بأستراليا. سمحت صفيحة الجبس على المجهر للعلماء برؤية طيف قوس قزح من الكوارتز. الصخور من تلال جاك تتألف من 99% كوارتز و 1% المتبقية تشمل الزركونات الثمينة. حقوق الصورة: مايكل أكرسون، معهد سميثسونيان.
اكتشف العلماء في الدراسة الجديدة تاريخ بداية الصفائح التكتونية من خلال تحليل بلورات الزركون القديمة من تلال جاك غرب أستراليا. بعض من الزركونات يرجع تاريخها إلى 4.3 مليار سنة، مما يعني أنها كانت موجودة عندما كان عمر الأرض 200 مليون سنة فقط، من الناحية الجيولوجية. استخدم الباحثون هذه الزركونات، وكذلك تلك الأصغر سنا التي يرجع تاريخها إلى 3 مليار سنة، لحل شيفرة السجل الكيميائي المستمر لكوكب الأرض.
يقول الباحث الرئيسي لهذه الدراسة مايكل أكرسون، الباحث الجيولوجي في متحف سميثسونيان الوطني للتاريخ الطبيعي في واشنطن: «نحن نعيد بناء كيفية تغير الأرض من كرة من الصخور والمعدن المصهور إلى ما هي عليه اليوم».
تشير الصفائح التكتونية إلى كيفية انزياح ألواح ضخمة من الصخور الصلبة فوق الوشاح الأرضي، الطبقة تحت القشرة مباشرة. تتحول هذه الكتل القارية وتتكسر وتتصادم، ما يتسبب في حدوث الزلازل وارتفاع الجبال وتشكل المحيطات. يقول الباحثون إنه إلى جانب الأرض، لا توجد أجسام كوكبية معروفة أخرى لديها صفائح تكتونية. من المحتمل أن الصفائح التكتونية من أسباب وجود الحياة على الأرض.
على سبيل المثال، مع مرور الوقت، تلتقط الصخور ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز الدفيئة الذي يساعد في تدفئة الأرض (على الرغم من أن الكثير من CO2 قد يؤدي إلى الاحتباس الحراري العالمي)، تضمن الصفائح التكتونية سحب هذه الصخور في نهاية المطاف وذوبانها، وينبعث غاز CO2 من خلال البراكين، هذا ما ذكرته Live Science في تقرير سابق، ودون هذه العملية قد تتجمد الأرض.
ومع ذلك، لأن أوائل الصفائح التكتونية قد تمت تغطيتها وإعادة تدويرها عبر العصور الجيولوجية، فإن تحديد عمرها يمكن أن يكون تحديًا صعبًا.
للتحقق، جمع أكرسون وزملاؤه 15 صخرةً بحجم حبة الجريب فروت من تلال جاك وطُحنت إلى مكونات معدنية صغيرة، مشكلين رمالاً. لحسن الحظ، الزركونات كثيفة، لذا كان من السهل فصلها عن بقية الرمال باستخدام طريقة شبيهة بالبحث عن الذهب.
وبعد ذلك، أخذ الباحثون الزركونات (أكثر من 3500 من المجموع) وعالجوها بالليزر لقياس تركيبها الكيميائي باستخدام قياس الطيف الكتلي. وحدد الفريق عمر كل زركون بقياس محتواه من اليورانيوم، وهو عنصر مشع له معدل تحلل معروف، ما يتيح للعلماء تحديد مدة وجود كل عينة.
ومع ذلك ، فإن 200 فقط من هذه الزركونات كانت صالحة للدراسة، ما يعني أنها احتفظت بخصائصها الكيميائية منذ مليارات السنين.
قال أكرسون: «إن كشف الأسرار المحفوظة داخل هذه المعادن ليس مهمة سهلة. لقد قمنا بتحليل الآلاف من هذه البلورات للوصول إلى عدد قليل من نقاط البيانات المفيدة، ولكن كل عينة لديها القدرة على إخبارنا بشيء جديد تمامًا وإعادة تشكيل كيفية فهم أصول كوكبنا».
نظر الفريق إلى محتوى كل زركون من الألمنيوم. فقد أظهرت أبحاث الزركونات الحديثة أن الزركونات عالية الألمنيوم تتشكل بطرق قليلة فقط، لذلك، وجود الألمنيوم في الزركونات القديمة يقدم أدلة حول كيفية إنتاجها وما كان يحدث في ذلك الوقت، من الناحية الجيولوجية.
العيون على الألمنيوم
بعد تحليل 200 من الزركونات، وجد الباحثون زيادة ملحوظة في تركيزات الألمنيوم منذ نحو 3.6 مليار سنة. هذا التحول في التركيب ربما يمثل بداية الصفائح التكتونية.
يقول أكرسون: «يمكن أن تشير إلى ظهور الحياة على الأرض، لكننا سنحتاج إلى إجراء المزيد من البحوث لتحديد صلات هذا التحول الجيولوجي بأصول الحياة».
ربط الفريق الزركونات عالية الألمنيوم مع بداية الصفائح التكتونية لأن إحدى الطرق التي تشكل هذه الزركونات الفريدة هي عندما تذوب الصخور عميقا تحت سطح الأرض.
قال أكرسون: «من الصعب حقا الحصول على الألمنيوم في الزركونات بسبب الروابط الكيميائية. سوف تحتاج إلى ظروف جيولوجية قاسية جدا».
صورة: بلورات الزركون التي صُوِّرت بواسطة كاثودولومينسينس، وهي طريقة تسمح للعلماء بتصوير البلورات بوساطة مجهر إلكتروني متخصص للمسح الضوئي. لاحظ الدوائر المظلمة على الزركونات، تلك هي التجاويف التي تركها الليزر الذي اسُتخدِمَ لتحديد عمر وكيمياء الزركونات. حقوق الصورة: مايكل أكرسون، معهد سميثسونيان.
قال الباحثون إنه إذا كانت الصخور تذوب عميقًا تحت سطح الأرض، فإن القشرة الأرضية من المرجح أن تصبح أكثر ثخانة وتبدأ في البرودة. وقال الفريق إن من المحتمل أن تكون هذه الثخانة جزءًا من الانتقال الذي أدى إلى حركة الصفائح.
تشير دراسة أجريت في وقت سابق عام 2014 على الصخور من مجمع أكاستا غنيس في شمال كندا، البالغة من العمر 4 مليار سنة، إلى أن القشرة الأرضية كانت تتضخم في ذلك الوقت، ما جعل الصخور تذوب داخل الكوكب على نحو أعمق مما كانت عليه في السابق.
قال أكرسون إن النتائج من أكاستا غنيس تعطينا المزيد من الثقة في تفسيرنا بلورات الزركون من تلال جاك: «اليوم، هذه المواقع مفصولة عن بعضها بآلاف الأميال، لكنها تحكي لنا قصة ثابتة إلى حد ما، وهي أنه قبل نحو 3.6 مليار سنة حدث شيء مهم على الصعيد العالمي».
بعد ذلك، يخطط أكرسون للبحث عن آثار الحياة القديمة في تلال جاك، وقال إنه يخطط أيضا للبحث عن أصناف أخرى قديمة جدا لمعرفة إذا كانت تعطي نتائج مماثلة حول ثخانة القشرة الأرضية قبل نحو 3.6 مليار سنة.
صورة: مقطع مجهري لقطعة رقيقة من صخر مصقول من تلال جاك بأستراليا. سمحت صفيحة الجبس على المجهر للعلماء برؤية طيف قوس قزح من الكوارتز. الصخور من تلال جاك تتألف من 99% كوارتز و 1% المتبقية تشمل الزركونات الثمينة. حقوق الصورة: مايكل أكرسون، معهد سميثسونيان.
اكتشف العلماء في الدراسة الجديدة تاريخ بداية الصفائح التكتونية من خلال تحليل بلورات الزركون القديمة من تلال جاك غرب أستراليا. بعض من الزركونات يرجع تاريخها إلى 4.3 مليار سنة، مما يعني أنها كانت موجودة عندما كان عمر الأرض 200 مليون سنة فقط، من الناحية الجيولوجية. استخدم الباحثون هذه الزركونات، وكذلك تلك الأصغر سنا التي يرجع تاريخها إلى 3 مليار سنة، لحل شيفرة السجل الكيميائي المستمر لكوكب الأرض.
يقول الباحث الرئيسي لهذه الدراسة مايكل أكرسون، الباحث الجيولوجي في متحف سميثسونيان الوطني للتاريخ الطبيعي في واشنطن: «نحن نعيد بناء كيفية تغير الأرض من كرة من الصخور والمعدن المصهور إلى ما هي عليه اليوم».
تشير الصفائح التكتونية إلى كيفية انزياح ألواح ضخمة من الصخور الصلبة فوق الوشاح الأرضي، الطبقة تحت القشرة مباشرة. تتحول هذه الكتل القارية وتتكسر وتتصادم، ما يتسبب في حدوث الزلازل وارتفاع الجبال وتشكل المحيطات. يقول الباحثون إنه إلى جانب الأرض، لا توجد أجسام كوكبية معروفة أخرى لديها صفائح تكتونية. من المحتمل أن الصفائح التكتونية من أسباب وجود الحياة على الأرض.
على سبيل المثال، مع مرور الوقت، تلتقط الصخور ثاني أكسيد الكربون، وهو غاز الدفيئة الذي يساعد في تدفئة الأرض (على الرغم من أن الكثير من CO2 قد يؤدي إلى الاحتباس الحراري العالمي)، تضمن الصفائح التكتونية سحب هذه الصخور في نهاية المطاف وذوبانها، وينبعث غاز CO2 من خلال البراكين، هذا ما ذكرته Live Science في تقرير سابق، ودون هذه العملية قد تتجمد الأرض.
ومع ذلك، لأن أوائل الصفائح التكتونية قد تمت تغطيتها وإعادة تدويرها عبر العصور الجيولوجية، فإن تحديد عمرها يمكن أن يكون تحديًا صعبًا.
للتحقق، جمع أكرسون وزملاؤه 15 صخرةً بحجم حبة الجريب فروت من تلال جاك وطُحنت إلى مكونات معدنية صغيرة، مشكلين رمالاً. لحسن الحظ، الزركونات كثيفة، لذا كان من السهل فصلها عن بقية الرمال باستخدام طريقة شبيهة بالبحث عن الذهب.
وبعد ذلك، أخذ الباحثون الزركونات (أكثر من 3500 من المجموع) وعالجوها بالليزر لقياس تركيبها الكيميائي باستخدام قياس الطيف الكتلي. وحدد الفريق عمر كل زركون بقياس محتواه من اليورانيوم، وهو عنصر مشع له معدل تحلل معروف، ما يتيح للعلماء تحديد مدة وجود كل عينة.
ومع ذلك ، فإن 200 فقط من هذه الزركونات كانت صالحة للدراسة، ما يعني أنها احتفظت بخصائصها الكيميائية منذ مليارات السنين.
قال أكرسون: «إن كشف الأسرار المحفوظة داخل هذه المعادن ليس مهمة سهلة. لقد قمنا بتحليل الآلاف من هذه البلورات للوصول إلى عدد قليل من نقاط البيانات المفيدة، ولكن كل عينة لديها القدرة على إخبارنا بشيء جديد تمامًا وإعادة تشكيل كيفية فهم أصول كوكبنا».
نظر الفريق إلى محتوى كل زركون من الألمنيوم. فقد أظهرت أبحاث الزركونات الحديثة أن الزركونات عالية الألمنيوم تتشكل بطرق قليلة فقط، لذلك، وجود الألمنيوم في الزركونات القديمة يقدم أدلة حول كيفية إنتاجها وما كان يحدث في ذلك الوقت، من الناحية الجيولوجية.
العيون على الألمنيوم
بعد تحليل 200 من الزركونات، وجد الباحثون زيادة ملحوظة في تركيزات الألمنيوم منذ نحو 3.6 مليار سنة. هذا التحول في التركيب ربما يمثل بداية الصفائح التكتونية.
يقول أكرسون: «يمكن أن تشير إلى ظهور الحياة على الأرض، لكننا سنحتاج إلى إجراء المزيد من البحوث لتحديد صلات هذا التحول الجيولوجي بأصول الحياة».
ربط الفريق الزركونات عالية الألمنيوم مع بداية الصفائح التكتونية لأن إحدى الطرق التي تشكل هذه الزركونات الفريدة هي عندما تذوب الصخور عميقا تحت سطح الأرض.
قال أكرسون: «من الصعب حقا الحصول على الألمنيوم في الزركونات بسبب الروابط الكيميائية. سوف تحتاج إلى ظروف جيولوجية قاسية جدا».
صورة: بلورات الزركون التي صُوِّرت بواسطة كاثودولومينسينس، وهي طريقة تسمح للعلماء بتصوير البلورات بوساطة مجهر إلكتروني متخصص للمسح الضوئي. لاحظ الدوائر المظلمة على الزركونات، تلك هي التجاويف التي تركها الليزر الذي اسُتخدِمَ لتحديد عمر وكيمياء الزركونات. حقوق الصورة: مايكل أكرسون، معهد سميثسونيان.
قال الباحثون إنه إذا كانت الصخور تذوب عميقًا تحت سطح الأرض، فإن القشرة الأرضية من المرجح أن تصبح أكثر ثخانة وتبدأ في البرودة. وقال الفريق إن من المحتمل أن تكون هذه الثخانة جزءًا من الانتقال الذي أدى إلى حركة الصفائح.
تشير دراسة أجريت في وقت سابق عام 2014 على الصخور من مجمع أكاستا غنيس في شمال كندا، البالغة من العمر 4 مليار سنة، إلى أن القشرة الأرضية كانت تتضخم في ذلك الوقت، ما جعل الصخور تذوب داخل الكوكب على نحو أعمق مما كانت عليه في السابق.
قال أكرسون إن النتائج من أكاستا غنيس تعطينا المزيد من الثقة في تفسيرنا بلورات الزركون من تلال جاك: «اليوم، هذه المواقع مفصولة عن بعضها بآلاف الأميال، لكنها تحكي لنا قصة ثابتة إلى حد ما، وهي أنه قبل نحو 3.6 مليار سنة حدث شيء مهم على الصعيد العالمي».
بعد ذلك، يخطط أكرسون للبحث عن آثار الحياة القديمة في تلال جاك، وقال إنه يخطط أيضا للبحث عن أصناف أخرى قديمة جدا لمعرفة إذا كانت تعطي نتائج مماثلة حول ثخانة القشرة الأرضية قبل نحو 3.6 مليار سنة.