دلیل وجود حباب‌هایی به بزرگی قاره در اعماق زمین چیست؟
+7
رأی دهید
-1
بی بی سی: این حباب‌ها از جمله بزرگ‌ترین ساختارهای فیزیکی در سیاره زمین هستند که ماهیت‌شان همچنان معمایی بزرگ محسوب می‌شود.در گوشه‌ای عجیب و غریب از منظومه شمسی، دو حباب اسرارآمیز زندگی می‌کنند.
این توده‌های غیرعادی، شکل هندسی نامنظم دارند و تصور می‌شود در اعماق زمین به انتظار نشسته‌اند تا غذا مثل باران روی‌شان ببارد و آنها هم به همین سادگی جذبش کنند.
اما زیستگاه طبیعی این حباب‌ها، حتی از رژیم غذایی‌شان هم غیرعادی‌تر است. زیستگاهی که هر چند می‌توان آن را «سنگی» توصیف کرد اما سراسر از مواد معدنی عجیب و غریب در رنگ‌ها و شکل‌های ناشناخته پوشیده شده است. منطقه‌ای نسبتا بی‌حاصل که به جز دریایی درخشان در نقاط دوردست خود چیز دیگری ندارد. اما این دریا آنقدر بزرگ است که به اندازه مجموع اقیانوس‌های جهان در خود آب جای داده است.
«دمای هوا» در اینجا همیشه روی ۱۸۲۷ درجه سانتیگراد ثابت است و فشار هوا در برخی مراکز پرفشار آن تا حدود ۱/۳ میلیون برابر سطح زمین هم می‌رسد. در چنین محیط ویران‌کننده‌ای، اتم‌ها تغییرشکل می‌دهند و حتی شناخته‌شده‌ترین ماده‌ها هم رفتاری غیرمتعارف از خود نشان می‌دهند. در چنین محیطی، سنگ مثل پلاستیک انعطاف پذیر می شود و اکسیژن مثل فلز عمل می‌کند.
اما نه این سرزمین عجایب سوزان سیاره‌ای فرا‌زمینی است و نه این حباب‌ها جانوران وحشی. این جا در واقع خود زمین است، جایی در عمیق‌ترین نقاط زیر پوسته آن.
مکان مورد بحث در واقع گوشته پایینی زمین است - لایه‌ای سنگی که درست روی هسته زمین واقع شده. این توده عمدتا جامد اما دنیایی متفاوت است و در آن از اشکال مختلف کریستال‌های الماس - در مجموع نزدیک به یک کوادریلیون تن کریستال الماس در گوشته زمین وجود دارد - تا مواد معدنی به شدت فرار که روی سطح زمین وجود ندارند، یافت می‌شود.
در واقع فراوان‌ترین کانی‌ها در این لایه، یعنی دیومائوئایت و بریگمانیت همچنان برای دانشمندان ناشناخته هستند. آنها برای رشد به فشار فوق‌العاده بالای مختص مرکز زمین نیاز دارند و بر روی زمین، تجزیه خواهند شد.
مواد معدنی فرار هم فقط زمانی به شکل طبیعی‌شان دیده می‌شوند که در درون الماس‌هایی که به سطح زمین آورده شده‌اند، گیر افتاده باشند. حتی در این صورت هم پیش‌بینی اینکه این کریستال‌های الماس واقعاً در اعماق زمین چگونه به نظر میرسند غیرممکن است، چون خواص فیزیکی آنها به دلیل فشاری که به طور معمول در این مناطق روی آنها وجود دارد، به شدت تغییر می‌کند.
از سوی دیگر آن اقیانوس دوردست هم حتی یک قطره آب ندارد و در واقع از آب موجود در درون کریستال‌های اولیوین ساخته شده است. این ماده معدنی بیش ار ۵۰ درصد گوشته بالایی زمین را تشکیل می‌دهد و در سطوح عمیق‌تر به کریستال‌های آبی رنگ رینگ‌وودیت تبدیل می‌شود.
وردان لکیچ، استاد جغرافیا در دانشگاه مریلند آمریکا می‌گوید: "در این اعماق، شیمی به طور کامل تغییر می‌کند و تا جایی که می‌دانیم، برخی مواد معدنی وجود دارند که شفاف‌تر می‌شوند."
با این حال، این "حباب‌های" اعماق زمین هستند که در حال حاضر زمین‌شناسان در سراسر جهان را به خود درگیر کرده‌اند.
آتش‌فشان‌های هاوایی غیرعادی هستند چون وسط یک صفحه تکتونیک قرار دارندعرض این ساختارهای فیزیکی به هزاران کیلومتر می‌رسد و ۶ درصد از حجم کل سیاره را تشکیل داده‌اند. در مورد ارتفاع این حباب‌ها برآوردهای مختلفی وجود دارد اما تصور می‌شود بلندی یکی از آنها که با نام «توزو» شناخته می‌شود و زیر آفریقا قرار گرفته، به حدود ۸۰۰ کیلومتر برسد؛ این معادل ارتفاع ۹۰ کوه اورست است که روی هم چیده شده باشند. دومین حباب با نام «جیسون»، زیر اقیانوس آرام قرار دارد و ارتفاع آن ممکن است تا ۱۸۰۰ کیلومتر ، یعنی ارتفاع ۲۰۳ کوه اورست بر روی هم برسد.اما نکته مهم این است که شناخت این حباب‌ها می‌تواند به پیدا شدن جواب برخی معماهای زمین‌شناسی که تا کنون حل نشده باقی مانده‌اند کمک کند، از جمله این که زمین چگونه شکل گرفته، چه بر سر سیاره فرضی تیا آمده و چرا برخی آتش‌فشان‌ها در مکان‌هایی شکل می‌گیرند که چندان قابل توجیه نیستند؟ کشف راز حباب‌ها حتی ممکن است راهی که زمین احتمالا در هزاره‌های آینده پیش بگیرد را هم تا حدی روشن کند.
یک مسأله پیچیده
سال ۱۹۷۰، شوروی سابق به یکی از بلندپروازانه‌ترین پروژه‌های تاریخ بشر دست زد. آنها تلاش کردند با حفاری پوسته زمین تا جایی که ممکن است در اعماق این سیاره پیش بروند. این لایه سنگی جامد که روی گوشته عمدتا جامد - که خود دور هسته را دربرگرفته- قرار دارد، تنها جایی از سیاره زمین است که چشم بشر آن را دیده و هیچ کس نمی‌دانست با پیش‌روی در اعماق ناشناخته آن چه اتفاقی خواهد افتاد.
پروژه موسوم به «چاه ابر‌ژرف کولا» که در مدار قطب شمال در شمال‌شرقی روسیه در حال اجرا بود، تا سال ۱۹۹۴ تا عمق ۱۲ هزار و ۲۶۰ متری زمین پیش رفته بود که مته حفاری در زمین گیر کرد.
در این عمق از زمین که دما تا ۲۸۰ درجه سانتیگراد یعنی حدودا ۲ برابر چیزی که پیش‌بینی شده بود، رسید، گرانیت دیگر قابل حفاری نبود و بیشتر شبیه پلاستیک بود تا سنگ. به این ترتیب پروژه متوقف شد و تا به امروز هیچ کس نتوانسته بیش از این در پوسته زمین پیش برود.
برنارد استاینبرگر، متخصص پویایی‌شناسی زمین از دانشگاه اسلو در نروژ می‌گوید: «ما در مورد گوشته زمین خیلی کمتر از ماورای جو که می‌توانیم با تلسکوپ مشاهده‌اش کنیم، اطلاعات داریم، چون تمام آنچه در موردش می‌دانیم بسیار، بسیار غیرمستقیم است.»
اما برای مطالعه محیطی غیر‌قابل مشاهده و دور‌از دسترس، ظاهرا راه دیگری هم وجود دارد.
لرزه شناسی علم مطالعه امواج انرژی است که در اثر حرکت ناگهانی زمین طی رویدادهای عظیم مانند زلزله تولید می شوند. این امواج عبارتند از به اصطلاح «امواج سطحی» که در سطح هستند و «امواج حجمی» یا درونی که در داخل زمین حرکت می کنند.
دانشمندان برای ثبت این امواج از حس‌گرهایی که آن سوی کره زمین درست مقابل محل شناسایی زلزله قرار داده شده، استفاده می‌کنند و تمامی امواجی که به آن سوی زمین میرسند را مورد بررسی قرار می‌دهند. تجزیه و تحلیل الگوی این امواج، می‌تواند به شناسایی آنچه ممکن است صدها کیلومتر در عمق زمین اتفاق بیفتد، کمک کند.
همین ویژگی‌ها بود که به کشف مهم اینگه لیمان، ژئو‌فیزیکدان دانمارکی در سال ۱۹۳۶ ختم شد. اینکه هسته زمین کاملا جامد نیست و از یک بخش درونی جامد تشکیل شده که یک لایه بیرونی مایع آن را در برگرفته است.
رازی نهفته در اعماق
این روش در نهایت بهبود یافت، به این معنا که نه تنها مشاهده مناطق زیرین سطح زمین ممکن شد بلکه امکان ترسیم اعماق پنهان آن به شکل سه بعدی هم بوجود آمد . لکیچ در این باره می‌گوید: "ما از همان تکنیک‌هایی استفاده می‌کنیم که در توموگرافی کامپیوتری یا سی‌تی اسکن به کار گرفته می‌شوند. این در واقع نوعی توموگرافی از درون زمین است."
تقریبا بلافاصله پس از آن بود که محققان حباب‌های زمین را کشف کردند.
مواد معدنی که به شکل فراوانی در اعماق زمین یافت می‌شوند، به ندرت در سطح زمین قابل مشاهده هستندبا این که گوشته زمین قبلا به عنوان لایه‌ای همگن در نظر گرفته می‌شد، اما زمین‌شناسان دو منطقه عظیم در داخل آن شناسایی کردند؛ یکی زیر قاره آفریقا و دیگری زیر اقیانوس آرام، جایی که امواج زمین‌لرزه با مقاومت مواجه می‌شوند و سرعت‌شان کاهش می‌یابد. درست مثل هسته زمین، این مناطق آشکارا با سایر نقاط گوشته فرق دارند و در واقع برخی از بزرگ‌ترین ویژگی‌هایی این سیاره را به نمایش می‌گذارند.این توده‌های غول‌پیکر به اصطلاح استان‌های بزرگ با سرعت برشی پایین یا ال‌ال‌اس‌وی‌پی (LLSVP)هستند که به دلیل داشتن اشکال منحصر به فرد به سختی می‌توان مشابهی آشنا برایشان پیدا کرد. شاید بتوان آنها را به عنوان کوه‌ها یا تپه‌هایی که به شکلی غیر‌معمول برآمده هستند توصیف کرد اما خود لکیچ ترجیح می‌دهد از این کلمات استفاده نکند. او می‌گوید: « آنها بزرگ‌تر از قاره هستند.» در ادامه بحث‌های زیادی در مورد ظاهر این توده‌ها شکل گرفت و در نهایت آنها به عنوان حباب شناخته شدند.
اما کشف منشاء و چگونگی شکل‌گیری این حباب‌ها حتی از توصیف ظاهر آنها هم گیج‌کننده‌تر است.
اولین حدس مطرح شده در مورد منشاء این حباب‌ها این است که از میلیاردها سال پیش وجود داشته‌اند، یعنی زمانی که زمین هنوز داشت شکل می‌گرفت و گوشته آن - که حالا از سنگ جامد ساخته شده- در واقع اقیانوسی از ماگما یا مواد مذاب بود. وقتی این مواد معدنی در این لایه شروع به سخت و بلوری شدن کردند، برخی نقاط به ناخالصی‌هایی که قبلا با مواد مذاب مخلوط شده بودند، چسبیدند. این مناطق که تمام این مدت در جای خود باقی مانده‌اند، حالا حباب‌های عجیب و غریب در عمق زمین را تشکیل می‌دهند.
بیشتر آتش‌فشان‌ها در محل برخورد دو صفحه تکتونیک ایجاد می‌شوند، اما یک نوع دیگر از آتشفشان هم وجود داردیک احتمال دیگر این است که حباب‌ها طی فرآیندهای تکتونیک بوجود آمده‌اند. همه می‌دانیم که شکستن پوسته زمین به شکل‌گیری صفحات تکتونیک منجر شده که مدام در حال حرکت هستند و زیر یکدیگر - و همین‌طور روی هم- می‌لغزند. عده‌ای از زمین‌شناسان معتقدند که ممکن است برخی از این قطعات شکسته پوسته در عمق گوشته رسوخ کرده و ساختارهای توده‌ای را تشکیل داده باشند که ترکیب شیمیایی آنها با لایه سنگی اطراف‌شان فرق دارد.
اگر منشا شکل‌گیری آتش‌فشان‌های مجمع‌الجزایر هاوایی ستون‌های گوشته‌ای باشد، گدازه‌های این منطقه می‌توانند به شناخت ترکیب اعماق زمین کمک کنداحتمال سوم هم این است که مدتها پس از شکل‌گیری زمین، آهن به نحوی از هسته زمین به بیرون آن نشت کرده و وارد گوشته شده است. در نهایت ترکیب آهن با سنگ در برخی نقاط گوشته باعث شکل‌گیری این حباب‌ها شده است. با این حال، به گفته استاینبرگر این ایده محبوبیت چندانی ندارد چون دلیل واضحی برای توجیه این اتفاق وجود ندارد.اما سال گذشته، گروهی از دانشمندان در دانشگاه ایالتی آریزونا ایده‌ای تازه را مطرح کردند: این که شاید حباب‌ها به نوعی منشا بیگانه داشته و بقایای سیاره فرضی تیا باشند که گفته می‌شود ۴ و نیم میلیارد سال پیش با زمین برخورد کرده‌است . همان برخوردی که دانشمندان برای مدتها تصور می‌کردند به شکل‌گیری ماه منجر شده است.
تاثیر پنهان
اما حباب‌های عجیب اعماق زمین هر منشایی که داشته باشند و هر قدر هم که دور به نظر برسند، به اعتقاد بسیاری از دانشمندان زندگی روی سطح زمین را به شکل محسوسی تحت تاثیر قرار داده‌اند.
یکی از این تاثیرات به چگونگی توزیع آتش‌فشان‌ها روی سطح زمین مربوط می‌شود.
بخش عمده مشهورترین مناطق آتش‌فشانی دنیا - از جمله حلقه آتش به طول نزدیک به ۴۰ هزار کیلومتر در اقیانوس آرام که تعدادی آتشفشان و گسل زلزله روی آن قرار دارد- بالای مناطقی قرار دارند که صفحات تکتونیک به هم برخورد می‌کنند. اما به طرز عجیبی برخی مناطق به شدت فعال زمین از این الگو تبعیت نمی‌کنند. از جمله آنها جزایر هاوایی در اقیانوس اطلس شمالی است که ۶ آتشفشان فعال و میدان‌های گدازه وسیع دارد در برخی مناطق آن مواد مذاب به طور مداوم از زمین بیرون می‌زنند. آن هم در حالی که این جزایر در میانه اقیانوس اطلس شمالی قرار دارند و هزاران کیلومتر از جزایر دیگر فاصله دارند.
یک توضیح برای این اتفاق به توده‌های فرضی موسوم به «ستون‌های گوشته‌ای» مربوط می‌شود. در نقاط داغ گوشته پایینی زمین، سنگ‌های داغ‌تر بالا می‌آیند و شبکه‌هایی از کانال‌های عمودی شبیه به درخت تشکیل می‌دهند که تا پوسته زمین میرسند. این فرایند از لایه‌ای که درست اطراف هسته زمین قرار دارد شروع می‌شود که دمای داخلی آن می‌تواند تا دمای سطح خورشید هم بالا برود.
به نظر می‌رسد در نقاطی که این ستون‌های گوشته‌ای به سطح زمین رسیده‌اند، معمولا آتشفشان شکل گرفته است.
امروزه به راحتی می‌توان با استفاده از لرزه‌نگاری نقشه‌های پایه از ستون‌های گوشته‌ای را تهیه کرد. در ۲۰۰۸، زمین‌شناسان نکته جالبی را کشف کردند: این که همه این ستون‌ها تقریبا در لبه حباب‌های زمین قرار گرفته‌اند.
اما اینجا سوالی شبیه به معمای مرغ و تخم‌مرغ مطرح می‌شود: این که آیا این مناطق به دلیل وجود حباب‌ها از نظر زمین‌شناسی فعال‌تر هستند یا حباب‌ها در این مناطق قرار گرفته‌اند چون فعالیت بالا در این نقاط به نوعی آنها را به این سمت سوق داده‌است؟
دانشمندان مدتها بر این باور بودند که ماه از برخورد سیاره فرضی تیا با زمین در ۴ و نیم میلیارد سال پیش تشکیل شده استشاید چیزی شبیه به این اتفاق افتاده باشد: صفحات تکتونیک که در اعماق زمین رسوخ کرده‌اند در نهایت به انتهای گوشته رسیده و حباب‌ها را تشکیل داده‌اند. آنها به شکل عجیبی در آن اعماق متراکم‌تر از سنگ‌های اطراف خود هستند و این به ایجاد نوعی لایه عایق بالای هسته منجر می‌شود که نمی‌گذارد نقاط فوق‌العاده داغ درون آن، ستون‌های گوشته‌ای ایجاد کنند. به همین دلیل ستون‌ها در عوض در اطراف لبه‌های حباب‌ها تشکیل می‌شوند که با طی مسیر نزدیک به ۳ هزار کیلومتر در عمق زمین به سطح آن میرسند. پس به نظر می‌رسد، در واقع این حباب‌های اعماق زمین هستند که باعث شکل‌گیری ستون‌های گوشته‌ای در نقاط مشخصی از زمین می‌شوند.اگر این نظریه درست باشد، نشان می‌دهد که ساختارهای مخفی عجیب و غریب در اعماق زمین تاثیری چشمگیر بر سیاره ما دارند و و در تعیین محل وقوع برخی فوران‌های آتش‌فشانی و مکان جزایری که در نتیجه آن شکل می‌گیرند، نقشی موثر ایفا می‌کنند. اگر این حباب‌ها نبودند، نه از مجمع‌الجزایر هاوایی خبری بود و نه از جزیره هاینان در چین.
حباب‌های اعماق زمین اگر چه خود همچنان معمایی بزرگ هستند اما احتمالا می‌توانند به کشف برخی از اسرار زمین و حتی معمای دنیای بیگانه که مدت‌هاست حل نشده مانده کمک کنند. شاید روزی بشر روش‌های بهتری برای مشاهده درون زمین و دیدن این حباب‌ها پیدا کند.