یک میلیارد سال به علاوه تاریخ عمق زمین، پنهان در الماس آفریقایی

منتشر شده در phys.org به تاریخ ۱۱ می ۲۰۲۱
لینک منبع Hidden within African diamonds, a billion-plus years of deep-Earth history

گاهی اوقات الماس به عنوان پیام‌رسان از اعماق زمین توصیف می‌شود؛ دانشمندان آن‌ها را به دقت مورد مطالعه قرار می‌دهند تا به اعماق دور از دسترس آن‌ها پی ببرند. اما خواندن پیغام‌ها اغلب دشوار است. حالا، یک تیم راهی برای حل دو معمای قدیمی پیدا کرده‌است: سن الماس‌های سیال و خواص شیمیایی مواد مادری آن‌ها. این تحقیق به آن‌ها این امکان را داده‌است که وقایع زمین‌شناسی را که بیش از یک میلیارد سال قدمت دارند، ترسیم کنند - یک پیشرفت بالقوه نه تنها در مطالعه الماس، بلکه در تکامل سیاره‌ای.

الماس‌های با کیفیت Gem، شبکه تقریبا خالص کربن هستند. این خلوص عنصری به آن‌ها زرق و برق می‌دهد؛ اما همچنین به این معنی است که آن‌ها اطلاعات بسیار کمی در مورد سن و منشا خود دارند. با این حال، برخی از نمونه های درجه پایین از نقایصی به صورت جیب‌های ریز مایع برخوردار هستند - بقایای مایعات پیچیده تری که بلورها از آنها تکامل یافته اند. با تجزیه و تحلیل این سیال‌ها، دانشمندان در مطالعه‌ي جدید زمانی که الماس‌های مختلف شکل گرفتند، و شرایط شیمیایی متغیر اطراف آن‌ها را کشف کردند.

نویسنده برجسته، یاکوف ویس، یک دانشمند کمکی در رصدخانه لامونت-دوهرتی دانشگاه کلمبیا که در آن تحلیل‌ها انجام شد و سخنران ارشد در دانشگاه عبری اورشلیم گفت: « این یک پنجره -حتی یک در- به برخی از سوالات واقعا بزرگ درباره تکامل زمین عمیق و قاره‌ها باز می‌کند.» « این اولین باری است که ما می‌توانیم سن قابل اعتمادی برای این سیال‌ها داشته باشیم.» این مطالعه این هفته در مجله ارتباطات طبیعت منتشر شد.

تصور می‌شود بیشتر الماس‌ها در حدود ۱۵۰ تا ۲۰۰ کیلومتر زیر سطح، در توده‌های نسبتا خنک سنگ در زیر قاره‌ها شکل می‌گیرند. این فرآیند ممکن است تا ۳.۵ میلیارد سال پیش برگردد، و احتمالا امروز ادامه دارد. گاهی اوقات، آن‌ها توسط فوران‌های آتش فشانی قوی و عمیق به نام کیمبرلیتس به سمت بالا حمل می‌شوند. (انتظار نداشته باشید که امروز شاهد یک فوران باشید؛ جوان‌ترین ذخایر شناخته‌شده کیمبرلیت ده‌ها میلیون سال قدمت دارند.)

بیشتر آنچه که ما در مورد الماس‌ها می‌دانیم از تجربیات آزمایشگاهی و مطالعات مواد معدنی و صخره‌های دیگر است که با الماس‌ها سر و کار دارند و یا حتی گاهی اوقات در داخل آن‌ها قرار می‌گیرند. ۱۰ قطعه الماس مورد مطالعه از معادن تاسیس‌شده توسط شرکت De Beers در داخل و اطراف کیمبرلی آفریقای جنوبی بود. ویس گفت:"ما نمونه‌هایی را دوست داریم که هیچ کس واقعاً آنها را نمی‌خواهد" - نمونه‌های الیافی، ظاهری کثیف و حاوی ناخالصی‌های جامد یا مایع که آنها را به عنوان جواهرات نمی‌پذیرند، اما دارای اطلاعات شیمیایی بالقوه و ارزشمند هستند. تا کنون، بیشتر محققان بر روی مواد خارجی جامد مانند تکه‌های کوچک گارنت متمرکز شده‌اند تا سن الماس‌ها را تعیین کنند. اما سنینی که مواد گنجانده شده جامد نشان می‌دهند می‌توانند قابل بحث باشند، زیرا مواد گنجانده شده ممکن است همزمان با خود الماس شکل‌گرفته باشند یا نباشند. از طرف دیگر، مایعات کپسوله شده، چیز واقعی هستند، چیزی که خود الماس از آن شکل می‌گیرد.

شاید علاقمند به مطالعه مقاله لرزش‌های ناشی از سیاه‌چاله ابرپرجرم راه شیری باشید.

کاری که ویس و همکارانش انجام دادند این بود که راهی پیدا کردند تا تاریخ مایعات را مشخص کنند. آن‌ها این کار را با اندازه‌گیری آثار توریم رادیو اکتیو و اورانیوم، و نسبت آن‌ها به هلیوم-۴ انجام دادند، یک ایزوتوپ نادر که از تجزیه آن‌ها ناشی می‌شود. دانشمندان همچنین به حداکثر سرعتی که در آن مولکول‌های هلیم کوچک چابک می‌توانند از الماس نشت کنند پی بردند-که بدون آن داده‌ها، نتیجه‌گیری در مورد سنین براساس فراوانی ایزوتوپ را می‌توان دور انداخت. (همانطور که معلوم شد، الماس‌ها در حاوی هلیوم بودن بسیار خوب هستند.)

این تیم سه دوره متمایز تشکیل الماس را شناسایی کرد. همه اینها درون توده‌های سنگی جداگانه رخ دادند که در نهایت در آفریقای امروزی ادغام شدند. قدیمی‌ترین آن‌ها بین ۲.۶ میلیارد تا ۷۰۰ میلیون سال پیش رخ داد. اجزاء سیال از آن زمان ترکیب متمایزی را نشان می‌دهند که بسیار غنی از مواد معدنی کربناته هستند. این دوره همچنین با تجمع کوه‌های بزرگ بر روی پوسته، ظاهرا از زمان برخورد و درگیری صخره‌ها، همزمان بود. محققان می‌گویند، این برخورد ممکن است ارتباطی با تولید سیال‌های غنی از کربنات در زیر داشته باشد، اگر چه دقیقا چقدر مبهم است.

مرحله بعدی شکل‌گیری الماس در چارچوب زمانی احتمالی ۵۵۰ میلیون تا ۳۰۰ میلیون سال پیش رخ داد، در حالی که قاره آفریقای جنوبی به بازسازی خود ادامه داد. در این زمان، مواد خارجی مایع نشان می‌دهند که سیالات در مواد معدنی سیلیکا بالا بوده‌اند که نشان‌دهنده تغییر در شرایط زیر زمینی است. این دوره همچنین با رویداد بزرگ دیگری از ساخت کوه‌ها همزمان شد.

آخرین مرحله شناخته‌شده بین ۱۳۰ میلیون سال و ۸۵ میلیون سال پیش رخ داد. باز هم ترکیب مایع تغییر کرد: حالا در ترکیبات شور حاوی سدیم و پتاسیم بالا بود. این نشان می‌دهد که کربنی که این الماس‌ها از آن تشکیل شده‌اند مستقیما از اعماق زمین نمی‌آید بلکه از کف اقیانوس است که با فرورانش به زیر یک توده قاره‌ای کشیده شده‌است. این ایده که کربن برخی از الماس‌ها ممکن است از سطح بازیافت شود، زمانی غیرمحتمل به نظر می‌رسید، اما تحقیقات اخیر توسط ویس و دیگران عمومیت آن را افزایش داده‌است.

یک یافته جالب این است که: حداقل یک مایع محصور شده با الماس از قدیمی‌ترین و جوان‌ترین دوران. این نشان می‌دهد که لایه‌های جدید را می توان به کریستال‌های قدیمی اضافه کرد که اجازه می‌دهد هر کدام از الماس‌ها در طول دوره‌های طولانی تکامل یابند.

در پایان همین دوره اخیر بود، زمانی که آفریقا تا حد زیادی شکل کنونی خود را گرفته بود، که یک شکوفایی عظیم از فوران‌های کیمبرلیت تمام الماس‌های مورد مطالعه را به سطح زمین حمل می‌کرد. بقایای جامد این فوران‌ها در دهه ۱۸۷۰ کشف شد و تبدیل به معادن معروف De Beers شد. دقیقا چیزی که باعث شد فوران کنند، هنوز بخشی از این معما است.

ممکن است به مطالعه مقاله مشاهدات هیدرودینامیک کاردار-پاریسی-ژانگ در یک ماده کوانتومی علاقمند باشید.

دانشمندان می‌گویند، قطرات با پوشش الماس کوچک راهی نادر برای پیوند دادن رویدادهایی که مدت‌ها پیش در سطح زمین رخ دادند با آنچه که در همان زمان در زیر اتفاق افتاد، فراهم می‌کنند. کورنلیا کلاس، یک جغرافیدان در لامون-دوهرتی و نویسنده همکار این روزنامه، می‌گوید: «آنچه جالب توجه است این است که شما می‌توانید همه این رویدادهای مختلف را از مایعات محدود کنید.» آفریقای جنوبی یکی از بهترین مکان‌های مورد مطالعه در جهان است، اما ما به ندرت قادر بوده‌ایم فراتر از نشانه‌های غیرمستقیم آنچه که در گذشته در آنجا اتفاق افتاد را ببینیم.

وقتی از ویس پرسیده شد که آیا این یافته‌ها می‌تواند به زمین شناسان در یافتن ذخایر الماس جدید کمک کند یا خیر، او فقط خندید. او گفت: « احتمالا نه.» اما، او گفت، این روش را می توان برای دیگر مناطق تولید الماس در جهان، از جمله استرالیا، برزیل، و شمال کانادا و روسیه، به کار برد تا تاریخچه عمیق آن مناطق را از هم جدا کند، و دیدگاه‌های جدیدی در مورد چگونگی تکامل قاره‌ها ایجاد کند.

او گفت: « این ها سوالات بزرگی هستند و زمان زیادی طول می‌کشد تا مردم به آن‌ها برسند.» او گفت: من بازنشسته می‌شوم و هنوز آن راه رفتن را تمام نکرده‌ام. اما حداقل این به ما ایده‌های جدیدی درباره نحوه کار چیزها می‌دهد.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقاله زمین‌شناسی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.