منذ حوالي 4.6 مليار سنة، كانت الأرض مختلفة تمامًا عن العالم الأزرق الهادئ الذي نعرفه اليوم. بسبب التأثيرات الكونية المتكررة والقوية، كان سطح الكوكب وداخله عبارة عن محيط هائج من الصهارة حيث كان من المستحيل وجود الماء السائل.

تغطي المحيطات الآن 70% من سطح الأرض. لطالما كان العلماء يبحثون عن إجابة لسؤال حول كيفية تمكن الماء من البقاء والاستمرار على كوكبنا أثناء انتقاله من الحالة المنصهرة إلى الحالة الصلبة في الغالب.

يبدو أن هذا اللغز قد تم حله. من الممكن أن تكون كميات كبيرة من الماء “محاصرة” بعمق في الوشاح أثناء تبلورها من الحالة المنصهرة. هذه هي استنتاجات علماء الجيوكيمياء الصينيين المنشورة في المجلة علوم.

وأظهرت دراستهم ذلك يعد البريدجمانيت، المعدن الأكثر شيوعًا في وشاح الأرض، بمثابة “خزان مياه” مجهري.. وقد مكّن هذا من بقاء كميات كبيرة من الماء في الوشاح أثناء تبريد الكوكب وتصلبه. ووفقا للعلماء، فإن هذه المياه، التي تم الاحتفاظ بها في وقت مبكر، كان من الممكن أن تلعب دورا رئيسيا في تحويل الأرض من جحيم ناري إلى عالم صالح للسكن.

التجارب المتطرفة

كانت قدرة البريدجمانيت على الاحتفاظ بالمياه تعتبر في السابق محدودة للغاية. وذلك لأنه حتى الآن لم يكن من الممكن تقنيًا اختباره بهذه القدرة في ظل الظروف القاسية المميزة لأعماق تزيد عن 660 كيلومترًا.

معهد قوانغتشو للجيوتشي. الأكاديمية الصينية للعلوم قام ببناء منشأة تجريبية على شكل سندان ماسي مجهزة بتسخين بالليزر وتصوير بدرجة حرارة عالية. أتاحت هذه المحاكاة زيادة درجة حرارة التجارب بشكل حاد إلى حوالي 4100 درجة مئوية والحصول على ضغط عالٍ للغاية. نجح النظام في إعادة خلق الظروف في الوشاح العميق وسمح بقياسات دقيقة لدرجات حرارة التوازن.

ولتقييم امتصاص المعادن للمياه في ظل هذه الظروف الجهنمية، استخدم الباحثون تقنيات مثل حيود الإلكترون المبرد ثلاثي الأبعاد وNanoSIMS، بالإضافة إلى التصوير المقطعي بالمسبار الذري. وقد مكنت هذه الأدوات مجتمعة من تطوير طرق مبتكرة لتحليل المياه على المستويين الجزئي والنانوي، مما يوفر في الأساس للعالم الصغير ماسحات ضوئية مقطعية كيميائية فائقة الدقة وأجهزة قياس الطيف الكتلي. وبالتالي، يتم تأكيد الذوبان الهيكلي للمياه في البريدجمانيت.

أظهرت بيانات الفريق أن قدرة البريدجمانيت على “الاحتفاظ بالمياه” (مقاسة بمعامل تقسيم الماء) تزداد بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة. وهذا يعني أنه خلال المرحلة الأكثر سخونة من محيط الصهارة على الأرض، من الممكن أن يكون البريدجمانيت المتبلور قد احتوى على مياه أكثر بكثير مما كان يعتقد سابقًا. يتحدى هذا الاكتشاف بشكل مباشر وجهة النظر السائدة منذ فترة طويلة بأن الوشاح السفلي شبه جاف.

تقييمات جديدة

وبناءً على هذا الاكتشاف، قام الفريق بتصميم نموذج لعملية تبلور الصهارة. وفقًا للحسابات، بعد تصلب محيط الصهارة، أصبح الوشاح السفلي أكبر خزان في باطن الأرض. ووفقا للنموذج، يمكن أن تكون قدرتها أكبر بما يتراوح بين 5 إلى 100 مرة مما كان يعتقد سابقا. يمكن أن يتراوح إجمالي كمية المياه المحتجزة في الوشاح الصلب المبكر بين 0.08 و1 حجم المحيطات الحديثة.

لم تكن هذه المياه المدفونة بعمق مصدرًا ثابتًا. بالعكس هي بمثابة مواد التشحيم بالنسبة للآلية الجيولوجية العملاقة للأرض: فقد خفضت درجة انصهار ولزوجة صخور الوشاح، وعززت الدورة الدموية الداخلية وحركة الصفائح، وزودت الكوكب بديناميكيات تطورية مستقرة. وبمرور الوقت، تم “ضخ” المياه المحفوظة تدريجيًا إلى السطح من خلال النشاط البركاني، مما ساعد على تكوين الغلاف الجوي البدائي للأرض والمحيطات.

وخلص الباحثون إلى أن المياه المختومة في البنية المبكرة للأرض كانت على الأرجح القوة الحاسمة التي حولت كوكبنا من جحيم من الصهارة إلى عالم أزرق صالح للسكن.