An ancient, deep, and ultra-depleted mantle domain beneath the northern Atlantic Ocean
تحدد هذه الدراسة نطاقاً وشاحياً قديماً شديد الاستنزاف يقع تحت شمال المحيط الأطلسي، يتميز باستخلاص صهيري عالي الدرجة في أعماق سحيقة، والذي يقترح المؤلفون أنه يمثل بقايا محفوظة لأعمدة وشاحية قديمة تساهم في البنية التركيبية واسعة النطاق للأرض.
المؤلفون الأصليون:Feng Xu, Piero A.B. de Sampaio, Alessio Sanfilippo, Xubo Zhang, Luc Doucet, Zheng-Xiang Li
في أعماق باطن الأرض، يكمن محيط هائج من الصخور، أكثر سخونة من سطح الشمس، ومع ذلك فهو صلب بما يكفي ليحمل القارات على ظهره. هذا هو الوشاح، وهي طبقة بدأت تنفصل ببطء إلى عائلات كيميائية مختلفة منذ مليارات السنين. فبينما كانت الكوكب تبرد وتتمايز، دفعت المواد الأخف وزناً إلى الأعلى لتشكل القشرة التي نمشي عليها، تاركة وراءها بقايا أثقل وأكثر استنزافاً في الأسفل. ولعقود من الزمن، عرف العلماء أن هذا الوشاح المتبقي ليس متجانساً؛ فقد رسموا تقسيماً واسعاً: فالوشاح تحت المحيط الهادئ يميل إلى أن يكون "منضوباً" كيميائياً، مما يعني أنه قد تخلص بالفعل من الكثير من مكوناته سهلة الانصهار، بينما الوشاح تحت أفريقيا والمحيط الهندي "غني"، حيث يحتفظ بالمزيد من تلك العناصر المتطايرة. لكن قطعة حاسمة من اللغز ظلت مفقودة؛ فبينما كان الجانب الغني مدروساً جيداً، ظل طبيعة وأصل أكثر الجيوب استنزافاً وإرهاقاً في الوشاح لغزاً غامضاً.
لقد نجحت دراسة جديدة أجراها فينغ شو وزملاؤه أخيراً في تحديد موقع أحد هذه الجيوب المتطرفة، كاشفة عن نطاق شاسع وقديم مخبأ تحت شمال المحيط الأطلسي. ومن خلال تحليل البصمات الكيميائية للصخور التي جلبها البركان والحيود منتصف المحيط إلى السطح، حدد الباحثون منطقة هي أكثر نضوباً من أي شيء شوهد سابقاً. هذا ليس مجرد رقعة صخرية متعبة قليلاً؛ بل هو نطاق شديد النضوب، مكان جُرّد فيه الوشاح من معادنه إلى درجة قصوى. وجد الفريق أن الصخور من هذه المنطقة تحمل بصمة كيميائية فريدة، وتحديداً في كيفية سلوك نظائر الهافنيوم والنيوديميوم، مما يميزها عن الوشاح المنضوب في المحيط الهادئ والوشاح الغني في الجنوب.
ولفهم كيف حدث ذلك، تعين على الباحثين العودة بالزمن إلى الوراء. فقد بنوا نموذجاً إحصائياً لمحاكاة كيفية انصهار الوشاح وتغيره عبر مليارات السنين. وتشير أعمالهم إلى أن الصخور شديدة النضوب تحت شمال الأطلسي تشكلت نتيجة حدث انصهار هائل وعالي الحرارة حدث قبل 800 مليون سنة على الأقل. والأهم من ذلك، أن هذا الانصهار حدث في عمق أكبر بكثير من الانصهار الطبيعي الذي يحدث عند منتصف المحيطات اليوم. فمن المرجح أنه تم في وجود ريشة وشاحية عملاقة، وهي عمود من الصخور الساخنة يرتفع من أعماق الأرض، والتي جردت الوشاح من معادنه بدقة شديدة لدرجة أن الصخور المتبقية أصبحت خفيفة للغاية وطافية.
وتستبعد الدراسة صراحةً عدة احتمالات أخرى لأصل هذه الصخور. إذ يرى الباحثون أن هذا النطاق لم يتشكل بفعل عمليات الانصهار الضحلة العادية التي تخلق الوشاح المنضوب في المحيط الهادئ، ولم يكن مجرد نتيجة لتفكك القارات أو إعادة تدوير القشرة السطحية. وتظهر الأدلة الكيميائية أن الصخور من شمال الأطلسي متميزة عن تلك التي تشكلت أثناء انفتاح حوض المحيط في الخمسين مليون سنة الماضية. بدلاً من ذلك، تشير البيانات إلى تاريخ أكثر قدماً. ويشير النموذج إلى أنه بعد حدث الانصهار العميق القديم هذا، غاصت هذه الكتل شديدة النضوب نحو الوشاح السفلي، حيث ظلت محفوظة لمئات الملايين من السنين.
إن قصة عودة هذه الصخور إلى السطح لا تقل دراماتيكية عن تكوينها. وتقترح الدراسة أنه خلال الخمسين مليون سنة الماضية، ارتففت ريش وشاحية جديدة من أعماق الأرض، وتحديداً تحت آيسلندا والأزور. ومع ارتفاع هذه الريش، قامت بجرف الكتل القديمة شديدة النضوب التي كانت تنتظر في الوشاح السفلي. ثم حُملت هذه الشظايا القديمة نحو الأعلى وانفجرت كحمم بركانية، حاملة معها التاريخ السحيق للأرض إلى السطح. يغير هذا الاكتشاف فهمنا للبنية الداخلية للكوكب، مما يشير إلى أن الوشاح ليس مجرد خليط من المواد المعاد تدويرها من السطح والبقايا القياسية، بل هو أرشيف معقد يحتوي على نطاقات قديمة وعميقة صمدت لما يقرب من مليار عام. إن وجود هذه المكونات شديدة النضوب يساعد في تفسير سبب امتلاك بعض المناطق البركانية لبصمات كيميائية غير عادية، ويشير إلى أن أعماق الأرض تحتفظ ببقايا تاريخها الأول والأكثر عنفاً، بانتظار أن تُستعاد إلى الضوء.
ملخص تقني: نطاق وشاح قديم، عميق، وشديد الاستنزاف تحت شمال المحيط الأطلسي
بيان المشكلة يتميز وشاح الأرض بعدم تجانس كيميائي، يتسم بتباين أول من النوع شرق-غرب: نطاق وشاح أفريقي غني ونطاق وشاح هادئ مستنزف. وبينما يُقبل على نطاق واسع أن إعادة تدوير القشرة هي المحرك للنطاق الأفريقي الغني، فإن طبيعة وتوزيع وأصل بقايا الوشاح المستنزفة لا تزال غير مفهومة بشكل كافٍ. تعامل النماذج التقليدية مع الوشاح العلوي المستنزف باعتباره خزانًا متجانسًا نسبيًا، ومع ذلك تشير الأدلة من البيريدوتيت في الأعماق السحيقة إلى وجود مكونات "شديدة الاستنزاف" ذات بصمات نظائرية متميزة (على سبيل المثال، ارتفاع 176Hf/177Hf). ومع ذلك، فإن التوزيع العالمي لهذه النطاقات شديدة الاستنزاف مقيد بنقص في عينات البيريدوتيت. كما تظل الآليات التي تولد التباينات المنهجية في نظائر الهافنيوم (Hf) بين البازلت المحيطي والبيريدوتيت لغزًا محيرًا.
المنهجية تدمج هذه الدراسة مجموعات البيانات الجيوكيميائية العالمية للبازلت المحيطي (MORBs، OIBs، وOPBs) والبيريدوتيت في الأعماق السحيقة لإعادة بناء إطار استنزاف عالمي للوشاح.
التجميع الجيوكيميائي: قام المؤلفون بتجميع البيانات النظائرية (Nd، Hf، Sr، Pb) والبيانات العنصرية من أعراف منتصف المحيط العالمية والنقاط الساخنة القريبة من الأعراف. تم التركيز بشكل خاص على نظائر الهافنيوم (Hf) نظرًا لحساسيتها لمكونات الوشاح المستنزفة.
النمذجة الإحصائية: لحل "مفارقة نظائر الهافنيوم" (حيث تظهر بيريدوتيت الأعماق السحيقة قيم εHf أعلى من صخور MORB المعاصرة لها)، طور المؤلفون نموذج وشاح إحصائي يعتمد على محاكاة مونت كارلو. يقوم هذا النموذج بمحاكاة تركيبات الوشاح تحت ظروف استنزاف وأعمار متغيرة.
المعلمات المدخلة: يستخدم النموذج توزيع Johnson-SU المتوافق مع نسب 147Sm/144Nd للبيريدوتيت في الأعماق السحيقة لتمثيل نطاق تجمعات الوشاح المستنزف.
السيناريوهات: تم اختبار ثلاثة سيناريوهات استنزاف مختلفة:
السيناريو الأول: استنزاف ضحل حصريًا ضمن مجال بيريدوتيت السبينل.
السيناريو الثاني: استنزاف في أعماق أكبر يتضمن نسبًا متغيرة من بقايا بيريدوتيت السبينل والجارنيت.
السيناريو الثالث: تاريخ يتكون من مرحلتين يشمل إعادة تدوير القشرة المحيطية القديمة متبوعًا باستخراج صهر ضحل.
نماذج الخلط: تتضمن عمليات المحاكاة الخلط بين تجمعات الوشاح (التي تشكلت قبل 800 مليون سنة أو أقدم) ومكونات القشرة المحيطية المعاد تدويرها بشكل طفيف لإعادة إنتاج المصفوفات النظائرية المرصودة.
النتائج الرئيسية
تحديد نطاق الوشاح شديد الاستنزاف (UDM) في شمال الأطلسي: يكشف التحليل عن وجود نطاق جيوكيميائي متميز تحت شمال المحيط الأطلسي (من منطقة أزور-آيسلندا شمالًا حتى حيد كنيبوفيتش). يتميز هذا النطاق بما يلي:
قيم εNd عالية وΔεHf موجبة (تظهر فوق المصفوفة الأرضية).
نسب 87Sr/86Sr و208Pb∗/206Pb∗ أقل بشكل منهجي مقارنة بالنطاقات الغنية.
تركيبات عناصر كبرى وعناصر غير متوافقة مستنزفة (مثل انخفاض TiO2 وNa2O عند مستويات MgO مماثلة)، مما يشير إلى بيريدوتيت فقير في الكلينوبيروكسين.
تستمر هذه البصمات عبر مسافات تزيد عن 1000 كم من مراكز الأعمدة الصاعدة، مما يشير إلى مصدر واسع النطاق بدلاً من ذوبان عمود موضعي.
تاريخ استنزاف متميز:
شمال الأطلسي (UDM): يشير النموذج إلى أن هذا النطاق يتطلب تجمعًا وشاحيًا قديمًا (أقدم من 800 مليون سنة) شديد الاستنزاف، تشكل نتيجة ذوبان عالٍ في أعماق أكبر من ذوبان أعراف منتصف المحيط العادية (يتضمن مجالات استقرار الجارنيت-بيريدوتيت).
المحيط الهادئ (المستنزف): في المقابل، يعكس نطاق المحيط الهادئ المستنزف تاريخًا من إعادة تدوير القشرة المحيطية القديمة متبوعًا باستخراج تدريجي وصحل للمصهور عند أعماق أعراف منتصف المحيط.
حل مفارقة نظائر الهافنيوم: يوضح النموذج الإحصائي أن التباين المنهجي بين صخور MORB والبيريدوتيت يمكن تفسيره من خلال تواريخ استنزاف مختلفة. إن قيمة εHf العالية لنطاق UDM تتوافق مع أحداث ذوبان عميقة وقديمة، بينما تتوافق قيمة ΔHf السالبة لنطاق المحيط الهادئ مع استنزاف ضحل وتدريجي للقشرة المعاد تدويرها.
الأهمية والادعاءات يقترح البحث أن نطاق الوشاح شديد الاستنزاف (UDM) تحت شمال المحيط الأطلسي يمثل بقايا أعمدة الوشاح القديمة التي أُعيد تدويرها إلى الوشاح السفلي وحُفظت هناك. وقد أُعيد تحريك هذه البقايا إلى السطح بواسطة أعمدة الوشاح في العصر السينوزوي (مثل آيسلندا وأزور).
يدعي المؤلفون أن هذا الاكتشاف له عدة آثار:
بنية الوشاح: يتحدى الرؤية التي تعتبر الوشاح المستنزف متجانسًا، مما يشير إلى أن تواريخ الاستنزاف المتميزة (عميقة مقابل ضحلة، قديمة مقابل تدريجية) تساهم بشكل كبير في البنية التركيبية للوشاح.
التطور الجيوديناميكي: قد يساعد وجود بيريدوتيت قديم، طافٍ وفقير في الكلينوبيروكسين في الوشاح السفلي، في تفسير الطفو الشاذ والتدفق الصاعد لأعمدة الوشاح.
الحفظ عبر الزمن السحيق: تشير الدراسة إلى أن بقايا الوشاح القديمة (التي قد يعود تاريخها إلى عصر الهادين-الأرخي) يمكن أن تنجو في الوشاح السفلي لمليارات السنين، مما يساهم في عدم التجانس الكيميائي طويل الأمد للأرض.
يصرح المؤلفون صراحةً أنه على الرغم من أن بصمات UDM قد توجد في أنظمة أعمدة أخرى (مثل ماريون رايز، وسيرا ليون، وهاواي)، إلا أنها غالبًا ما تكون محجوبة بواسطة المكونات الغنية، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى مراعاة المكونات المستنزفة القديمة في نماذج التطور الجيوديناميكي للأرض.