قد يختبئ قدر كبير من المياه تحت قدميك على بعد 250 ميلاً (400 كيلومتر).
هذا هو المكان الذي يلتقي فيه عباءة الأرض مع القشرة. كان علماء الجيولوجيا يعتقدون منذ فترة طويلة أنه تحت هذه المنطقة الانتقالية (التي تبدأ من 255 ميلاً ، أو 410 كم ، بعمق) معدن مملوء بالماء يسمى البروكيت كان غير مستقر ومتحلل للغاية ، مما أدى إلى تدفق جزيئات الماء نحو سطح الكوكب.
لكن الأبحاث الجديدة تشير إلى أنه قبل أن يتحلل البروسيت - وهو 50 في المائة من أكسيد المغنيسيوم و 50 في المائة من الماء - يتحول إلى هيكل ثلاثي الأبعاد آخر أكثر استقرارًا. إن النتيجة ، المفصلة على الإنترنت في 21 نوفمبر في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences ، تعني وجود كمية من المياه تقع في عمق الأرض أكثر مما كان يُعتقد سابقًا.
قال المؤلف المشارك في الدراسة أندرياس هيرمان ، المحاضر في الفيزياء الحاسوبية في جامعة إدنبرة في اسكتلندا: "لم يكن متوقعًا بالكامل". "لأن الناس درسوا هذه المواد لعقود ولم يخطر ببال أحد أن ينظر فيما إذا كانت هناك مرحلة أخرى قبل أن تنهار في النهاية".
سبر الأرض العميقة
كان العلماء يعتقدون سابقًا أن البروسيت ظل مستقرًا فقط فيما يتعلق بالمنطقة الانتقالية ، وهي طبقة بعمق 155 ميلًا (250 كم) أسفل الوشاح العلوي مباشرةً. جزئيا ، أبلغ هيكل المعدن هذا الرأي. البروسيت عبارة عن مادة ذات طبقات تكون فيها الجزيئات في كل طبقة مرتبطة ببعضها البعض بقوة ولكنها ضعيفة مرتبطة بطبقات أخرى. مادة مثل هذه ، إذا تم الضغط عليها بما يكفي من الضغط ، يجب أن تخضع لنوع من التغيير. افترض الباحثون سابقًا أنه استجابة لضغط المنطقة الانتقالية ، التي تصل إلى حوالي 200،000 غلاف جوي ، فسوف ينهار البروسيت. (الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر تقريبًا).
غير قادر على التحقيق في عمق الأرض مباشرة ، استخدم هيرمان ومؤلفه المشارك ، Mainak Mookherjee ، أستاذ الجيولوجيا في جامعة ولاية فلوريدا ، الحسابات الميكانيكية الكمومية ، وتحليل مختلف الهياكل المحتملة للبروسيت في ظروف الأرض العميقة.
قال هيرمان "هذه حوسبة كبيرة للبيانات". "نحن ننشئ الآلاف من الهياكل ونحسنها جميعًا ونجري حسابات دقيقة بما يكفي بحيث إذا ظهر شيء أكثر استقرارًا من شيء آخر ، يمكننا القول بشكل موثوق أنه كذلك".
البروسيت معدن مدروس جيدًا وبسيط نسبيًا. ومع ذلك ، قال هيرمان إن مفتاح الحسابات الجديدة هو تجاهل الافتراضات الحالية حول البروكيت. بعد عدة أشهر من تشغيل الهياكل المختلفة من خلال برنامج الكمبيوتر الخاص بهم ، وجد الباحثون طورًا غير معروف سابقًا من البروسيت قادرًا على تحمل الضغوط العالية الموجودة في الوشاح السفلي.
حتى مع هذه المرحلة الجديدة من البروسيت ، لا يزال العلماء غير قادرين على قياس كمية المادة في الوشاح مباشرة أو مقدار الماء الذي يحتويه المعدن. ومع ذلك ، قام هيرمان وموكيرجي بعمل الخصائص المرنة للمرحلة الجديدة من البروكيت. وقال هيرمان إن علماء الزلازل قد يعرفون هذا ، وقد يكونون قادرين على اكتشاف كمية البروكيت الموجودة في الوشاح لأن توقيعات الزلازل تختلف بناءً على مرونة الصخور التي يسافرون من خلالها.
لماذا يهم البروسيت
تشير التقديرات الحالية إلى أن الأرض العميقة قد تحتفظ بقدر من الماء مثل جميع المحيطات على سطح الكوكب مجتمعة. هذا الخزان من الماء ، والبروسيت الدفيء الإضافي قد يحمل أيضًا ، مهمان جدًا لحركة المواد عبر الأرض. عندما تنتقل المعادن المحتوية على الماء إلى أسفل عبر طبقات الأرض ، تتحلل المواد في النهاية ، وتطلق الماء الذي يعود إلى السطح ، غالبًا من خلال النشاط البركاني.
الماء ضروري لإعادة تدوير المعادن من خلال البراكين وتكتونية الصفائح ، لأنه يوفر التشحيم اللازم لمختلف المواد الصخرية للتحرك فيما بينها ، كما يحدث في مناطق الاندساس. كما أنه يساعد على تذويب بعض المواد أثناء التنقل خلال دورة الصخور. وقال هيرمان إنه بدون الماء ، سيصل الكوكب إلى طريق مسدود جيولوجيًا. هذا يعني عدم وجود قشرة أو تربة جديدة ، ووقف البراكين. يمكن أن يكون لهذه التغييرات آثار كارثية على أرض الكوكب والجو.
وبصرف النظر عن تغيير العلماء المحتمل لخزانات المياه تحت سطح الأرض ، قال هيرمان إن هذا البحث يناصر طريقة جديدة للتفكير في أعماق الأرض بشكل عام. وقال إن الباحثين ما كانوا ليجدوا هذه المرحلة الجديدة لو كانوا يفضلون النسخة المقبولة.
