Carbonatite melt pathways connect the deep mantle to Archean craton margins
تستخدم هذه الدراسة بيانات التلّتريّة المغناطيسية طويلة الأمد لتحديد الهياكل الموصلة كهربائياً وغير المتجانسة تحت كراتون غولر، كدليل على وجود مصهورات الكربوناتيت في الوشاح العميق التي تنقل المواد المتطايرة والعناصر الأرضية النادرة إلى حواف الكراتون، حيث يُنشئ الغرافيت المنفصل بصمات منخفضة المقاومة عند موهو.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
في أعماق باطن الأرض، تتحرك دورة خفية تنقل الكربون من داخل الكوكب إلى السطح، وهي عملية نشطة منذ مليارات السنين. هذه الدورة حيوية لأنها تنظم كيمياء غلافنا الجوي ومحيطاتنا، لكن الآلية التي ينتقل بها الكربون من الوشاح العميق إلى القشرة ظلت غامضة. يعلم العلماء أن الصخور الغنية بالكربون تُسحب إلى الأسفل في مناطق الاندساس، حيث تنزلق صفيحة تكتونية تحت أخرى. يتم إطلاق بعض هذا الكربون في مرحلة مبكرة من العملية، ولكن يُعتقد أن جزءًا كبيرًا منه يسافر إلى أعماق أكبر بكثير، محمولًا بواسطة نوع خاص من الصخور المنصهرة تسمى "الكربوناتيت". هذه المصهورات فريدة من نوعها لأنها غنية بالكربون ويمكنها إذابة ونقل عناصر وغازات نادرة. ومع ذلك، فإن رؤية هذه الجيوب الصغيرة من المصهور في أعماق الأرض أمر صعب للغاية؛ فهي أصغر من أن تُرى مباشرة، والإشارات التي ترسلها إلى السطح يمكن بسهولة الخلط بينها وبين مواد أخرى، مثل المعادن الغنية بالمياه.
استخدم فريق من الباحثين من جامعة أديليد الآن طريقة قوية تسمى "القياس المغناطيسي التلوري" (magnetotellurics) لاستكشاف هذا العالم الخفي تحت "كراتون غولر" في جنوب أستراليا. هذه الكتلة الصخرية القديمة، المعروفة باسم الكراتون، تشكل النواة المستقرة للقارة. قام العلماء بنشر شبكة من أجهزة الاستشعار عبر المناظر الطبيعية لقياس التيارات الكهربائية الطبيعية التي تتدفق عبر الأرض. ومن خلال تحليل كيفية تغير هذه التيارات بمرور الوقت، تمكنوا من بناء خريطة ثلاثية الأبعاد مفصلة للموصلية الكهربائية في أعماق الأرض. كان هدفهم هو العثور على بصمة مصهورات الكربوناتيت تلك وتفهم كيفية تحركها عبر قشرة الأرض ووشاحها.
اكتشف الباحثون شذوذًا صارخًا في أعماق مركز كراتون غولر. فعلى عمق حوالي 180 كيلومترًا، وتحديدًا عند الحد الذي تلتقي فيه القشرة الخارجية الصلبة للكرة الأرضية مع الوشاح المتدفق أدناه، وجدوا طبقة من الصخور ذات موصلية استثنائية. هذه الطبقة أكثر موصلية بنحو 1,000 مرة من الصخور الموجودة فوقها مباشرة. ووجد الفريق أن هذه الطبقة الموصلة ليست منتظمة؛ فهي ذات اتجاهية عالية، حيث تنقل الكهرباء بسهولة أكبر في اتجاه محدد مقارنة بالاتجاهات الأخرى. هذه الخاصية الاتجاهية، المعروفة باسم "تباين الخواص" (anisotropy)، تشير إلى أن المادة الموصلة ليست مجرد كتلة عشوائية من السائل، بل هي منظمة في قنوات رقيقة ومتراصفة.
ويرى المؤلفون أن التفسير الأكثر احتمالًا لهذه الطبقة الموصلة والاتجاهية هو كمية ضئيلة من مصهور الكربوناتيت. ويقدرون أن حجمًا من المصهور لا يتجاوز 0.05 بالمائة — أي ما يعادل تقريبًا حجم بضع قطرات من الماء في دلو كبير — كافٍ لإنشاء الإشارة الكهربائية التي رصدوها. هذه النسبة الصغيرة من المصهور كافية لخفض المقاومة الكهربائية للصخر بشكل جذري لأن المصهور يشكل شبكة متصلة على طول حدود الحبيبات المعدنية. وقد استبعد الباحثون صراحةً فكرة أن المعادن الغنية بالمياه وحدها قد تكون مسؤولة عن ذلك؛ فبالرغم من أن الماء يمكن أن يجعل الصخر أكثر موصلية، إلا أن مستوى الموصلية الذي قاسوه أعلى بكثير مما يمكن تفسيره بالماء وحده، حتى لو كان الصخر مشبعًا به. كما نظروا أيضًا في احتمالية وجود معادن غنية بالفلور، لكن الأدلة تشير بقوة أكبر نحو وجود مصهور غني بالكربون.
كما كشفت الدراسة عن ظاهرة ثانية ذات صلة بالقرب من حواف هذا الكراتون القديم. فعند الحد الفاصل بين القشرة والوشاح، وعلى عمق حوالي 40 كيلومترًا، وجد الباحثون منطقة أخرى ذات مقاومة كهربائية منخفضة. وبخلاف موصل المانتل العميق، فإن هذه المنطقة أقل اتجاهية. ويفسر الفريق ذلك بأنه مكان تم فيه إطلاق الكربون، بمجرد حمله بواسطة المصهورات العميقة، وتحويله إلى غرافيت. ومع تحرك السوائل الغنية بالكربون نحو الأعلى وبرودتها، ترسب الكربون من المحلول وشكل غرافيت صلبًا، وهو موصل ممتاز للكهرباء. هذه العملية خلقت طبقة موصلة مستمرة في القشرة السفلى ظلت مستقرة لمليارات السنين.
يشير هذا الاكتشاف إلى وجود رابط مستمر بين الوشاح العميق وسطح الأرض. ويقترح الباحثون أن الأحداث التكتونية القديمة، وتحديدًا اندساس الصفائح المحيطية قبل حوالي 1.6 مليار سنة، دفعت المواد الغنية بالكربون عميقًا في الوشاح. هذه المواد ولدت كميات صغيرة من مصهور الكربوناتيت التي حُبست في قنوات عند قاعدة الكراتون. ومع مرور الوقت، انتقل بعض هذا المصهور نحو حواف الكراتون، حيث صعد إلى القشرة، تاركًا وراءه رواسب الغرافيت. هذا المسار لا يفسر الإشارات الكهربائية فحسب، بل يوفر أيضًا آلية لكيفية نقل وتركيز الكربون والعناصر القيمة الأخرى، مثل تلك الموجودة في الرواسب المعدنية الكبرى مثل "أوليمبيك دام". تقدم هذه النتائج لمحة نادرة عن عملية في أعماق الأرض كانت تشكل كيمياء الكوكب وثروته المعدنية منذ فجر الحياة المعقدة.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.