ربما نجت مياه الأرض من بداياتها النارية من خلال الاختباء في أعماق الوشاح.

منذ حوالي 4.6 مليار سنة، لم تكن الأرض تشبه إلى حد كبير العالم الأزرق الهادئ الذي نراه اليوم. أبقت التأثيرات المتكررة والقوية من الفضاء سطح الكوكب وداخله في حالة منصهرة شبه ثابتة، مما أدى إلى خلق محيط عالمي من الصهارة. كانت الظروف قاسية للغاية بحيث لم يكن من الممكن وجود الماء السائل في أي مكان على الكوكب، والذي كان يشبه فرنًا مشتعلًا واسعًا.

اليوم، تغطي المحيطات حوالي 70٪ من سطح الأرض. لقد دفع هذا التناقض الصارخ منذ فترة طويلة الاهتمام العلمي بكيفية تمكن الماء من النجاة من انتقال الأرض من الحالة المنصهرة المبكرة إلى كوكب صلب إلى حد كبير، وكيف تم الحفاظ عليه بدلاً من فقدانه بالكامل خلال هذه الفترة العنيفة.

دراسة حديثة بقيادة البروفيسور Zhixue Du من معهد قوانغتشو للكيمياء الجيولوجية الأكاديمية الصينية للعلوم (GIGCAS) يقدم رؤية جديدة لهذا اللغز الدائم. ويشير البحث إلى أن كميات كبيرة من الماء كان من الممكن أن تكون “محتجزة” بشكل فعال في أعماق عباءة الأرض عندما تبرد وتتبلور من الصخور المنصهرة.

النتائج التي نشرت في علوم، يغيرون طريقة تفكير العلماء حول مكان تخزين المياه داخل الكوكب. وتظهر الدراسة أن معدن البريدجمانيت، وهو المعدن الأكثر وفرة في وشاح الأرض، يمكن أن يعمل بمثابة “حاوية مياه” مجهرية. كانت هذه الخاصية قد سمحت للأرض المبكرة بالاحتفاظ بكميات كبيرة من الماء داخل باطنها مع ترسيخ الكوكب تدريجيًا.

ويجادل الفريق بأن هذه المياه المحتجزة في وقت مبكر ربما كانت حاسمة في تحويل الأرض من جحيم ناري إلى عالم صالح للسكن.

تحدي الافتراضات التي طال أمدها

أشارت الدراسات السابقة، التي اعتمدت على ظروف تجريبية منخفضة الحرارة نسبيًا، إلى أن البريدجمانيت لديه قدرة محدودة على تخزين المياه. أراد الباحثون اختبار هذه الفرضية، لكنهم واجهوا تحديين رئيسيين. أولاً، احتاجوا إلى محاكاة الظروف القاسية الموجودة على أعماق تتجاوز 660 كيلومترًا في المختبر. ثانيًا، كان عليهم اكتشاف إشارات الماء بدقة في عينات البريدجمانيت – بعضها أصغر من عُشر عرض شعرة الإنسان – بتركيزات منخفضة تصل إلى بضع مئات من الأجزاء في المليون.

لقد تغلبوا على هذه العقبات من خلال بناء إعداد تجريبي لخلية السندان الماسية المجهزة بتسخين الليزر والتصوير بدرجة حرارة عالية. أدى جهاز محاكاة الضغط العالي للغاية الذي تم تطويره ذاتيًا إلى رفع درجات الحرارة التجريبية بشكل كبير – إلى حد أقصى يصل إلى 4100 درجة مئوية. نجح هذا النظام في إعادة خلق ظروف الوشاح العميق وسمح بقياس دقيق لدرجات حرارة التوازن، ووضع الأساس لفهم دور درجة الحرارة في كيفية امتصاص المعادن للمياه.

بالإضافة إلى ذلك، وباستخدام منصات التحليل المتقدمة لـ GIGCAS، طبق الباحثون تقنيات مثل حيود الإلكترون ثلاثي الأبعاد المبرد وNanoSIMS. وبالتعاون مع البروفيسور تاو لونج من معهد الجيولوجيا التابع للأكاديمية الصينية للعلوم الجيولوجية، تم دمجهما أيضًا ذرة التصوير المقطعي المسبار (APT). وقد مكنت هذه الأدوات مجتمعة من تطوير طرق مبتكرة لتحليل المياه على نطاق ميكروني إلى نانومتر، وتجهيز العالم المجهري بشكل فعال بماسحات ضوئية مقطعية كيميائية فائقة الدقة و”أجهزة قياس الطيف الكتلي”.

تتيح هذه التقنية للفريق تصور توزيع المياه بوضوح في عينات صغيرة والتأكد من ذوبان الماء هيكليًا في البريدجمانيت.

عباءة أكثر سخونة، أرض أكثر رطوبة

كشفت بيانات الفريق أن قدرة البريدجمانيت على “حبس الماء” (مقاسة بمعامل تقسيم الماء) تزداد بشكل ملحوظ مع ارتفاع درجة الحرارة. وهذا يعني أنه خلال مرحلة “محيط الصهارة” الأكثر سخونة على الأرض، كان من الممكن أن يكون البريدجمانيت المتبلور قد احتفظ بمياه أكثر بكثير مما كان يعتقد سابقًا، مما يقلب بشكل مباشر وجهة النظر السائدة منذ فترة طويلة بأن الوشاح السفلي العميق شبه جاف.

وبناءً على هذا الاكتشاف، قام الفريق بتصميم نموذج لبلورة محيط الصهارة. تظهر المحاكاة أنه بفضل قدرة البريدجمانيت القوية على حبس الماء في درجات الحرارة المرتفعة المبكرة، أصبح الوشاح السفلي أكبر خزان للمياه في الوشاح الصلب بعد تصلب محيط الصهارة. ويشير النموذج إلى أن سعتها التخزينية يمكن أن تكون أكبر بخمسة إلى 100 مرة من التقديرات السابقة. قد يكون إجمالي كمية المياه المحتجزة في الوشاح الصلب المبكر يساوي 0.08 إلى 1 ضعف حجم جميع المحيطات الحديثة.

لم تكن هذه المياه المدفونة بعمق احتياطيًا ثابتًا. وبدلا من ذلك، كان بمثابة “مادة تشحيم” للمحرك الجيولوجي الضخم للأرض: فقد خفض درجة انصهار ولزوجة صخور الوشاح، مما عزز الدورة الدموية الداخلية وحركة الصفائح وزود الكوكب بحيوية تطورية مستدامة.

وبمرور الوقت، تم “ضخ” هذه المياه المحتجزة تدريجيًا إلى السطح من خلال نشاط الصهارة، مما ساهم في تكوين الغلاف الجوي البدائي للأرض والمحيطات. وأشار الباحثون إلى أن “شرارة الماء” المختومة داخل البنية المبكرة للأرض، كانت على الأرجح بمثابة القوة الحاسمة التي حولت كوكبنا من جحيم من الصهارة إلى العالم الأزرق الصديق للحياة الذي نعرفه اليوم.

المرجع: “المياه الكبيرة التي تم الاحتفاظ بها مبكرًا في الوشاح العميق للأرض” بقلم وينهوا لو، ويا-نان يانغ، وتاو لونغ، وهايانغ شيان، ويوان لي، وزيكسو دو، 11 ديسمبر 2025، علوم.
دوى: 10.1126/science.adx5883

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.