يوجد تاريخ للنشاط البركاني للكوكب في صخوره. وكانت صخور المريخ – أو على الأقل العديد من النيازك التي قامت بالرحلة منه إلى الأرض – تحكي قصة متناقضة. لقد بدت وكأنها شديدة الأكسدة، لكن فهمنا للقوى البركانية الداخلية على المريخ يعني أنها يجب أن تتشكل في بيئة مختزلة، وهو عكس ما يشير إليه التركيب الكيميائي للصخور نفسها تمامًا. الآن، تقدم ورقة بحثية جديدة نشرت في مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الأرض الصلبة من قبل علماء الكواكب هيديهارو كوهارا وريويتشي ناكادا من جامعة إهيمي إجابة عن السبب، وتتضمن حجرًا كريمًا.
هذا لا يعني أنه سيكون نوع الحجر الكريم الذي يضعه الصائغ في الخاتم. لكن يبدو أن الماجوريت، وهو نوع من العقيق الذي يتشكل فقط تحت ضغوط ودرجات حرارة هائلة في أعماق عباءة الكواكب، هو السبب وراء الإشارات الصخرية المتناقضة. ولكن لكي نفهم السبب، دعونا أولاً نلقي نظرة فاحصة على تاريخ جيولوجيا المريخ.
عندما تشكل الكوكب لأول مرة قبل أربعة مليارات ونصف المليار سنة، انجذبت معادنه الثقيلة إلى المركز وشكلت نواة غنية بالحديد، تشبه نواة الأرض. عند وجود معدن نقي، مثل قلب الكوكب، عادةً ما تؤدي التفاعلات الكيميائية إلى تجريد الأكسجين على الفور، مما يخلق ما يسمى بالبيئة المختزلة. وفي الآونة الأخيرة، أكدت مهمة إنسايت التابعة لناسا أيضًا وجود طبقة عميقة يبلغ عمقها 150 كيلومترًا من صخور السيليكات المنصهرة مباشرة فوق القلب – وهو ما نطلق عليه عادة “الوشاح”. نظرًا لأنه يتكون في وجود مثل هذه المستويات العالية من المعدن النقي، فيجب أيضًا تقليله بشكل كبير. ومع ذلك، فإن الأدلة المأخوذة من النيازك وعينات قشرة المريخ تظهر أنها شديدة الأكسدة.
فيديو يصف الجزء الداخلي من المريخ. Credit – Institut de Ciecies del Mar – قناة CSIC على YouTube
هذا هو التناقض المركزي الذي شرع الباحثون في حله، واشتبهوا في أن الأغلبية قد تكون متورطة. على المريخ، يتشكل على طول الطريق عند قاعدة وشاحه – مباشرة فوق النواة شديدة الاختزال – عند ضغط يبلغ حوالي 18 جيجا باسكال، أو 180 ألف ضعف الضغط الجوي عند مستوى سطح البحر. لذا، من أجل معرفة كيف تتصرف هذه البلورة في ظل تلك الظروف، كان على المؤلفين إخضاعها لنفس البيئة.
وللقيام بذلك، استخدموا مكبسًا هيدروليكيًا ضخمًا لضغط الصخور المريخية الاصطناعية بين كتل كربيد التنجستن داخل كبسولات صغيرة من الألماس. نظرًا لأن الصخور مصنوعة من السيليكات، فإنها ستشكل الماجوريت، وهو نوع من بلورات السيليكات، عند ضغوط ودرجات حرارة عالية للغاية. لذلك قاموا أيضًا برفع درجة حرارة النظام إلى حوالي 2150 إلى 2200 درجة مئوية، وتشبعه بالحديد المعدني في محاولة لتقليد الظروف “المنخفضة” بالقرب من قلب الكوكب.
وبمجرد تسخين العينات وضغطها بدرجة كافية، سمح لها الباحثون بالتبريد ثم أخذوها إلى منشأة السنكروترون SPring-8، على بعد حوالي 250 كيلومترًا. داخل السنكروترون، تم تفجير العينات بالأشعة السينية لاستكشاف كيفية ارتباط الحديد بالحبيبات المعدنية التي تشكلت تحت الحرارة والضغط الشديدين.
يناقش فريزر وباميلا نتائج InSight وكيفية عمل Marsquake.
ووفقا للورقة البحثية، فإن مادة الماجوريت تعمل تقريبا مثل الإسفنج الحديدي، حيث تجمع الكثير من الحديديك المؤكسد مباشرة في هيكلها البلوري. تمت أكسدة ما بين 11% و21% من الحديد المحبوس داخل بلورات الماجوريت، وهي نسبة أعلى بكثير من السيليكات المحيطة التي تشكلت أيضًا أثناء التجربة. وهنا يكمن الجواب على التناقض.
عندما بدأ الجزء الداخلي من المريخ في التبلور، بدأ الماجوريت يترسب من الصخور المنصهرة المحيطة به. ثم استحوذت على بعض الحديد الحديدي الذي كان من الممكن أن يذوب في الطبقة القاعدية المختزلة. في النهاية، كانت الحركة المستمرة للوشاح الكوكبي قد أجبرت تلك الصخور الغنية بالماجوريت على الاقتراب من السطح، مما أدى في بعض الأحيان إلى قذف الصخور البركانية المؤكسدة على السطح، وحتى في الفضاء نفسه، عندما انفجرت براكين مثل أوليمبوس مونس.
ولهذا البحث أيضًا آثار على الأعمال الداخلية للأرض أيضًا. نظرًا لأن قطر الأرض يبلغ ضعف قطر المريخ تقريبًا، فهي تحتوي على عباءة أعمق بكثير، مما يسمح لمعدن مختلف يسمى البريدجمانيت بالسيطرة على مناطقها السفلية بالقرب من القلب. يعرف العلماء بالفعل أن البريدجمانيت يمكن أن يحتوي على كميات هائلة من الحديد – حتى أكثر من الماجوريت – لذا فإن الوشاح العميق للأرض مقسم إلى طبقات كيميائيًا بشكل ملحوظ. ومع ذلك، مع ارتفاع الوشاح، يضطر البريدجمانيت إلى التحول إلى ماجوريت، وبالتالي إطلاق بعض الحديد الحديديك في الصخور المحيطة، مما يؤدي بشكل أساسي إلى أكسدة المنطقة الانتقالية للوشاح من الأسفل.
في نهاية المطاف، تربط هذه الورقة بين التوقيعات الكيميائية التي نراها في النيازك وكيفية تفاعل البلورات تحت الضغط في وجود المعدن المنصهر. في حين أن هذين الأمرين قد لا يبدو أنهما مرتبطان بشكل مباشر، فإن نوع الأحجار الكريمة الذي يتشكل فقط في عمق الوشاح داخل الكواكب الصخرية يوفر رابطًا يمكن أن يستمر لمليارات السنين.
يتعلم أكثر:
EurekAlert / جامعة إهيمي – تبلور مادة الحديديك الحاملة للحديد من محيط الصهارة العميق على الأرض والمريخ
H. Kuwahara & R. Nakada – محتوى الحديديك في مادة الأغلبية يتعايش مع تقليل الذوبان عند 18 جيجا باسكال: الآثار المترتبة على زوال الأكسجين في عباءة المريخ والأرض
UT – قد يحتوي المريخ على أنظمة صهارة واسعة تحت سطحه
UT – عمود من الصهارة العملاقة على سطح المريخ، ينتفخ سطحه عبر منطقة شاسعة
