آیا کارخانه الماس سازی در اعماق زمین وجود دارد؟ دانشمندان در پی یافتن شواهدی از الماس در مرز بین هسته و گوشته زمین هستند.
می‌دانیم که الماسها در دما و فشار بالا تشکیل می‌شوند. به گفته محققان، دما و فشار بالا در مرز هسته و گوشته نیز وجود دارد؛ بنابراین شاید اتفاقات شیمیایی عجیب در این منطقه باعث ایجاد کارخانه الماس سازی در زمین شود. اکنون گروهی از محققان به دنبال اثبات این مسئله هستند و آزمایش‌هایی را نیز در این راه انجام داده‌اند.
کارخانه الماس سازی زمین ؛ آزمایش‌ها و یافته‌ها
این احتمال وجود دارد که منطقه مرزی بین هسته فلزی مذاب زمین و گوشته (لایه میانی سنگی آن) یک کارخانه الماس سازی باشد. یک آزمایش جدید نشان می‌دهد که ترکیب آهن، کربن و آب (همه مواد بالقوه موجود در مرز هسته و گوشته) تحت دما و فشار شدید می‌توانند باعث شکل گیری الماس شوند.
اگر این فرآیند آزمایشگاهی در اعماق زمین نیز رخ دهد، ممکن است برخی از ویژگی‌های عجیب و غریب گوشته را توضیح دهد؛ از جمله پاسخ به این که چرا کربن بیشتر از انتظار دانشمندان در گوشته وجود دارد.
این یافته‌ها همچنین ممکن است به توضیح ساختارهای عجیب وغریب در اعماق مرز گوشته و هسته که امواج ناشی از زلزله در آن به طور چشمگیری کاهش می‌یابد، کمک کند.
این مناطق به نام مناطق با سرعت بسیار پایین (ultra low velocity zones) با ساختارهای عجیب و غریب گوشته، از جمله دو حباب غول پیکر زیر آفریقا و اقیانوس آرام مرتبط هستند. این مناطق می‌توانند فقط چند مایل یا حتی چند صد مایل عرض داشته باشند.
هیچکس دقیقاً نمی‌داند که این مناطق چه هستند. برخی از دانشمندان معتقدند که قدمت آن‌ها به ۴/۵ میلیارد سال قبل می‌رسد و از موادی از زمین باستانی ساخته شده‌اند. اما تحقیقات جدید نشان می‌دهد که برخی از این مناطق ممکن است به علت تکتونیک صفحه‌ای شکل گرفته باشند که احتمالاً پس از شکل گیری زمین در ۳ میلیارد سال پیش آغاز شدند.
سانگ هئون شیم (Sang-Heon Shim) نویسنده ارشد این مطالعه و زمین شناس دانشگاه ایالتی آریزونا است. او معتقد است که این ساختارها کاملا قدیمی نیستند.
شبیه سازی کارخانه الماس سازی اعماق زمین در آزمایشگاه
به گفته شیم، در جایی که هسته با گوشته برخورد می‌کند، آهن مایع روی سنگ جامد ساییده می‌شود و این انتقال به اندازه برخورد سنگ و هوا در سطح زمین چشمگیر است. در چنین انتقالی به ویژه در فشار و دمای بالا، اتفاقات شیمیایی عجیبی ممکن است رخ دهد.
علاوه بر این مطالعاتی که از انعکاس امواج زلزله برای تصویربرداری از گوشته استفاده می‌کنند، نشان دادند که موادی از پوسته ممکن است تا مرز هسته و گوشته، یعنی حدود ۳ هزار کیلومتر زیر سطح زمین نفوذ کنند. در نواحی فرورانش، صفحات تکتونیکی به زیر یکدیگر فشار می‌آوردند و پوسته اقیانوسی را به زیر سطح می‌کشانند.
سنگ‌های این پوسته اقیانوسی که به زیر سطح کشانده شده ، حاوی آب در مواد معدنی خود است. در نتیجه این امکان وجود دارد که آب در مرز هسته و گوشته وجود داشته باشد و بتواند باعث واکنش‌های شیمیایی در آن جا شود.
یک نظریه در مورد دو حباب گوشته در زیر آفریقا و اقیانوس آرام به این اشاره می‌کند که آن‌ها از پوسته اقیانوسی منحرف شده‌ای تشکیل شده‌اند که به اعماق گوشته رانده شده و با خود آب را به آن جا حمل کرده است.
محققان برای آزمایش این تئوری، مواد موجود در مرز گوشته و هسته را کنار هم جمع کردند و آن‌ها را با سندان‌های ساخته شده از الماس به هم فشار دادند و فشاری تا حد ۱۴۰ گیگاپاسکال به وجود آوردند. این فشار حدوداً ۱/۴ میلیون برابر فشار در سطح دریا است. همچنین محققان نمونه‌ها را تا ۳۷۷۶ درجه سانتیگراد گرم کردند. شیم گفت:
ما چگونگی واکنش نمونه را در هنگام گرم کردن آن زیر نظر گرفتیم. سپس الماس و تبادل غیر منتظره‌‌ی عناصر بین سنگ و فلز مایع را شناسایی کردیم.
الماس چگونه شکل می‌گیرد؟
به گفته شیم، آب در مرز هسته و گوشته تحت فشار و دما، رفتار متفاوتی نسبت به سطح زمین دارد. مولکول‌های هیدروژن از مولکول‌های اکسیژن جدا می‌شوند.
به دلیل فشار زیاد، هیدروژن آب به سمت آهن که فلز تشکیل دهنده بیشتر هسته است، جذب می‌شود. بنابراین اکسیژن از آب در گوشته باقی می‌ماند. در همین حین هیدروٰژن با هسته ذوب می‌شود.
وقتی این اتفاق رخ می‌دهد، ظاهراً هیدروژن سایر عناصر سبک در هسته از جمله کربن را کنار می‌زند و سپس کربن از هسته بیرون می‌آید و وارد گوشته می‌شود. پایدارترین شکل کربن در فشار زیاد موجود در مرز هسته و گوشته الماس است و اینگونه الماس تشکیل می‌شود.
البته این الماسها از آن نوع الماسها نیستند که در حلقه ازدواج می‌درخشند! بیشتر الماس‌هایی که به سطح زمین راه پیدا می‌کنند و به جواهر تبدیل می‌شود، در عمق چند صد کیلومتری تشکیل شده‌اند نه در عمق چند هزار کیلومتری.
الماس‌های گوشته-هسته‌ای احتمالا شناور هستند و می‌توانند در سراسر پوسته بچرخند و در حین حرکت کربن خود را توزیع کنند.
گوشته سه تا پنج برابر بیشتر از آن چه محققان بر اساس نسبت عناصر موجود در ستارگان و سیارات دیگر انتظار دارند، کربن دارد. به گفته شیم، الماس‌های یافت شده در این لایه از زمین ممکن است این اختلاف را توضیح دهد.
براساس محاسبه شیم و گروه تحقیقاتی او اگر حتی ۱۰ تا ۲۰ درصد از آب موجود در پوسته اقیانوسی به مرز هسته و گوشته برسد، می‌تواند به اندازه کافی الماس برای توضیح سطح غیرمنتظره کربن در پوسته تولید کند.
اگر این محاسبه درست باشد، بسیاری از مناطق با سرعت بسیار پایین در گوشته ممکن است، مناطق مذاب آب محور باشد که توسط تابش صفحات اقیانوسی به اعماق سیاره ایجاد شده‌اند.
تحقیقات آینده برای اثبات کارخانه الماس سازی
چالش تحقیقات بعدی اثبات این مسئله است که فرآیند الماس سازی هزاران کیلومتر زیر سطح زمین رخ می‌دهد. به گفته شیم، چند راه برای جستجوی شواهدی که این مسئله را اثبات کنند، وجود دارد.
یک راه جستجوی ساختارهایی در محدوده هسته- گوشته است که می‌تواند خوشه‌هایی از الماس باشد. الماسها متراکم هستند و امواج زلزله را به سرعت منتقل می‌کنند.
بنابراین محققان باید در کنار مناطق پر سرعت، مناطق از قبل کشف شده‌ای را پیدا کنند که امواج در آن‌ها به آرامی حرکت می‌کنند. به گفته شیم، محققانی دیگر در دانشگاه ایالتی آریزونا در حال بررسی این احتمال هستند؛ اما نتیجه کار آن‌ها هنوز منتشر نشده است.
یک راه دیگر برای یافتن شواهد، مطالعه الماس‌هایی است که ممکن است از اعماق گوشته زمین آمده باشد. این الماسها گاهی اوقات می‌توانند با جیب‌های کوچک یا با اجزایی سرشار از مواد معدنی که فقط تحت تاثیر فشار بسیار بالا تشکیل می‌شوند به سطح برسند.
حتی الماس معروف هوپ (امید) ممکن است درواقع در اعماق گوشته شکل گرفته باشد. وقتی دانشمندان ادعا می‌کنند که الماس‌های بسیار عمیقی را کشف کرده‌اند اغلب بحث به وجود می‌آید؛ زیرا اجزاء آن‌ها به قدری ریز هستند که ماده زیادی برای اندازه گیری وجود ندارد. اما به گفته شیم، شاید این کار ارزش جستجوی اجزای مرز هسته و گوشته را داشته باشد.
در نهایت به گفته شیم، اگر فردی بتواند شواهدی از کارخانه الماس سازی درون زمین را پیدا کند، کشف مهمی انجام داده است.
