كشفت دراسة جديدة رائدة أن أجزاء من “الكوكب الأولي” الجهنمي المغطى بالحمم البركانية والذي كان موجودًا قبل الأرض قبل 4.5 مليار سنة، قد نجت دون تغيير في الصخور القديمة.

تحتوي الشظايا على بصمات البوتاسيوم الواضحة التي لم يتم رؤيتها في أي صخور أو نيازك أخرى فحصها العلماء حتى الآن، وفقًا لدراسة نشرت في 14 أكتوبر في المجلة. علوم الأرض الطبيعية. ومن الناحية النظرية، كان من المفترض أن تختفي هذه التوقيعات في الاصطدام العملاق الذي شكل قمرولكن يبدو الآن أن حفنة قليلة منهم نجت من هذا الحدث الكارثي وصمدت بعد ذلك أمام اختبار الزمن.

“ربما يكون هذا هو أول دليل مباشر على أننا حافظنا على المواد الأولية للأرض،” مؤلف مشارك في الدراسة نيكول رقموقال أستاذ مساعد في علوم الأرض والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في أ إفادة. “هذا أمر مدهش لأننا نتوقع أن يتم محو هذا التوقيع المبكر ببطء من خلال تطور الأرض.”

كانت الأرض الأولية عبارة عن كرة ساخنة من الصخور المنصهرة تشكلت من الغبار الكوني والنيازك في وقت مبكر النظام الشمسي. ولكن بعد 100 مليون سنة، تعرض كوكبنا المبكر لاصطدام كارثي بكوكب بحجم المريخ يسمى ثيا. كان الاصطدام قويًا جدًا لدرجة أنه أدى إلى تشويش الجزء الداخلي للأرض تمامًا وتفجير جزء من سلائف الأرض التي أصبحت القمر.

قامت ثيا أيضًا بتسليم كميات هائلة من المواد الجديدة إلى الأرض الأولية، مما أدى إلى تغيير كيمياء الأرض السابقة بشكل لا رجعة فيه وتحويلها إلى كوكب يشبه كوكب اليوم. على مر العصور، ظهرت تكتونية الصفائحوتم إعادة تدوير المواد بشكل متكرر إلى باطن الأرض. ونتيجة لذلك، لم يعتقد العلماء أنه من الممكن العثور على أجزاء سليمة من الأرض الأولية في الصخور الحديثة.

وقد عثر الباحثون سابقًا على صخور ذات بصمات كيميائية غير عادية مرتبطة بعنصر الروثينيوم والتي ربما تسبق الاصطدام الذي تشكل القمر، ولكن من الممكن أن تكون هذه البصمات قد نشأت أيضًا بعد الاصطدام، لذا فهي لا تقدم أدلة قوية. فيليب كارتروقال عالم الكواكب الحسابي وعالم الفيزياء الفلكية في جامعة بريستول في المملكة المتحدة لموقع Live Science.

وأضاف كارتر، الذي لم يشارك في الدراسة، أن بصمات البوتاسيوم المكتشفة حديثًا، من ناحية أخرى، هي الدليل الأكثر تحديدًا حتى الآن على أن أجزاء من الأرض الأولية لا تزال موجودة. وقال “التفسير الأكثر منطقية هو أن هذه المادة بقيت قبل الاصطدام”.

القرائن في نسب البوتاسيوم

إن العلامات المكتشفة حديثًا هي اختلالات طفيفة في نسبة الإصدارات أو النظائر المختلفة لعنصر البوتاسيوم مقارنة بالمواد الأخرى الموجودة على الأرض. يحتوي البوتاسيوم على ثلاثة نظائر موجودة بشكل طبيعي – البوتاسيوم -39، والبوتاسيوم -40، والبوتاسيوم -41 – والتي تحتوي على نفس عدد البروتونات ولكن بأعداد مختلفة من النيوترونات، مما يعطيها كتل ذرية مختلفة.

يتواجد البوتاسيوم 39 والبوتاسيوم 41 في صخور الأرض، ولا يوجد البوتاسيوم 40 إلا بكميات ضئيلة. في العمل السابقوجد مؤلفو الدراسة الجديدة كميات غير طبيعية من البوتاسيوم 40 في النيازك، والتي تسجل الظروف المتغيرة في النظام الشمسي على مدى فترات طويلة من الزمن. يشير هذا إلى أن الشذوذات النظائرية للبوتاسيوم يمكن أن تحدد المواد التي سبقت تكوين الأرض الحديثة.

بالنسبة للدراسة الجديدة، قامت ني وزملاؤها بأخذ عينات من الصخور القديمة من عدد قليل من المواقع التي أسفرت في السابق عن توقيعات غريبة من الروثينيوم، بما في ذلك النتوءات في جرينلاند وكندا وهاواي. ولاكتشاف أي شذوذ محتمل في نظائر البوتاسيوم، قام الباحثون بسحق الصخور وإذابتها في الحمض. ثم قاموا بعزل البوتاسيوم في العينات وقياس نسبة نظائر البوتاسيوم المختلفة باستخدام مطياف الكتلة.

ووجد الباحثون أن الصخور كانت تعاني من نقص في البوتاسيوم 40 مقارنة بالكميات الموجودة في المواد الأخرى على الأرض. لمعرفة ما إذا كان هذا الشذوذ النظائري للبوتاسيوم يمكن أن يعود إلى الأرض الأولية، أجرى الفريق عمليات محاكاة حاسوبية. وباستخدام بيانات من كل نيزك معروف هبط على الأرض، قاموا بوضع نموذج لتأثيرات هذه التأثيرات وتأثير تكوين القمر على تكوين الأرض من خلال توصيل مواد جديدة على مر الدهور.

كشفت عمليات المحاكاة أن الاصطدام مع ثيا، على وجه الخصوص، أدى إلى إلقاء الكثير من البوتاسيوم-40 على الأرض، مما يفسر الكمية الكبيرة من البوتاسيوم-40 التي نراها في الصخور اليوم. وقال كارتر: “عليك إضافة كمية كبيرة من المواد إلى … تغيير التوقيع العام والتركيب النظائري الشامل للبوتاسيوم في معظم الصخور”. “معظم هذا التغيير يأتي من تأثير تكوين القمر نفسه – هذه هي الحجة التي يستخدمونها في الورقة.”

يختلف أثر البوتاسيوم المكتشف في الصخور القديمة عن ذلك الذي وجدته نيي وزملاؤها سابقًا في النيازك، لذا فمن غير المرجح أن تكون النيازك قد خلقت صورة البوتاسيوم الحالية للأرض بعد الاصطدام الذي كوّن القمر. وقال كارتر: “إن هذا يعني حقًا أن الأرض الأولية تشكلت من مادة مختلفة نظيريًا عن أي من النيازك الموجودة لدينا”.

وقال كارتر إن الاصطدام بتكوين القمر هو الحدث الوحيد المعروف الذي يمكن أن يؤدي إلى زيادة كبيرة في كمية البوتاسيوم 40 في الصخور على الأرض. وقال إن هذا يعني أن الصخور التي تعاني من نقص البوتاسيوم 40 من جرينلاند وكندا وهاواي أقدم من تأثير تكوين القمر ويعود تاريخها إلى الأرض الأولية.

مارتن شيلرووافق البروفيسور المشارك في الكيمياء الجيولوجية بجامعة كوبنهاغن في الدنمارك، والذي لم يشارك في الدراسة، على أن النتائج مقنعة. وقال لـ Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني: “الملاحظة المدهشة/الجديدة حقًا هي أن توقيع نظائر البوتاسيوم (في الصخور القديمة) لا يمكن تفسيره بمزيج من النيازك البدائية”.

تشير النتائج إلى أن بقايا الأرض الأولية نجت من العمليات الجيولوجية مثل الخلط المستمر للوشاح، وهي طبقة الأرض التي تقع تحت القشرة.

وقال كارتر: “إنه توقيع تم الحفاظ عليه منفصلاً عن بقية صخور الأرض لفترة طويلة من الزمن”. وقال إنه من المحتمل أن يكون هناك المزيد من هذه المواد الأولية للأرض مختبئة في قاعدة الوشاح. “نحن نحصل فقط على الأجزاء الصغيرة التي تأتي.”