.svg)
الماس‌هایی از دل زمین راز واکنش‌های شیمیایی نادر را فاش کردند
دو قطعه الماس درخشان که صدها کیلومتر زیر سطح زمین و در لایه نرم گوشته شکل گرفته‌اند، حاوی مواد معدنی‌ای هستند که در محیط‌های شیمیایی کاملاً متضاد تشکیل می‌شوند ترکیبی آن‌قدر غیرعادی که پژوهشگران ابتدا تصور کردند هم‌زیستی آن‌ها «تقریباً غیرممکن» است. حضور این مواد، پنجره‌ای تازه به واکنش‌های شیمیایی درون گوشته زمین و فرآیند شکل‌گیری الماس‌ها گشوده است.
به گزارش پارسینه و به نقل از scientificamerican، این دو نمونه الماس از معدنی در آفریقای جنوبی استخراج شده‌اند. مانند بسیاری از سنگ‌های قیمتی دیگر، این الماس‌ها دارای «درون‌گیرها» هستند — ذرات ریز از سنگ‌های اطراف که هنگام شکل‌گیری درون الماس به دام افتاده‌اند. اگرچه این درون‌گیرها برای جواهرسازان ناخوشایندند، اما برای دانشمندان منبعی ارزشمند از اطلاعات محسوب می‌شوند. به‌ویژه زمانی که الماس‌ها در اعماق غیرقابل‌دسترس گوشته زمین شکل می‌گیرند، این درون‌گیرها بدون تغییر به سطح زمین می‌رسند — تنها راهی که مواد معدنی می‌توانند صدها کیلومتر بالا بیایند بدون آن‌که از حالت اولیه خود خارج شوند.
در هر دو نمونه جدید، درون‌گیرهایی از کربنات‌های غنی از اکسیژن (در حالت «اکسیدشده») و آلیاژهای نیکل فقیر از اکسیژن (در حالت «کاهش‌یافته») یافت شده‌اند. همان‌طور که اسید و باز بلافاصله با هم واکنش می‌دهند، این دو نوع ماده نیز معمولاً نمی‌توانند مدت زیادی در کنار هم باقی بمانند. در حالت عادی، درون‌گیرهای الماس فقط یکی از این دو نوع ماده را نشان می‌دهند. بنابراین، حضور هم‌زمان هر دو نوع ماده، یاکوف وایس — استاد زمین‌شناسی دانشگاه عبری اورشلیم — و همکارانش را به‌شدت سردرگم کرد؛ به‌طوری که آن‌ها این نمونه‌ها را برای یک سال کنار گذاشتند.
اما پس از تحلیل مجدد، پژوهشگران دریافتند که این درون‌گیرها لحظه‌ای از واکنش شیمیایی شکل‌گیری الماس را ثبت کرده‌اند و برای نخستین بار تأیید می‌کنند که الماس‌ها می‌توانند از واکنش میان کربنات‌های اکسیدشده و فلزات کاهش‌یافته در گوشته زمین به وجود آیند. این نخستین باری است که دانشمندان نقطه میانی این واکنش را در یک الماس طبیعی مشاهده کرده‌اند.
وایس، نویسنده اصلی این مطالعه که در نشریه Nature Geoscience منتشر شده، می‌گوید: «این دو ماده در واقع دو سوی طیف اکسایش هستند.»
پیامدهایی برای شناخت گوشته زمین
با حرکت به اعماق زمین، سنگ‌ها و مواد معدنی به‌طور فزاینده‌ای کاهش‌یافته می‌شوند — یعنی اکسیژن کمتری در دسترس است. اما شواهد مستقیم از این تغییر شیمیایی در گوشته بسیار محدود است.
محاسبات نظری پیش‌تر نشان داده بودند که زمین با عمق بیشتر از حالت اکسیدشده به حالت کاهش‌یافته تغییر می‌کند. مایا کوپیلوا، استاد علوم زمین، اقیانوس و جو در دانشگاه بریتیش کلمبیا که در این مطالعه مشارکت نداشت اما مقاله‌ای همراه آن نوشته، می‌گوید: «ما درباره این کاهش شیمیایی تا عمق حدود ۲۰۰ کیلومتر داده‌های تجربی داشتیم. اما آنچه در زیر ۲۰۰ کیلومتر رخ می‌دهد فقط مدل‌سازی و فرضیه بود، چون دسترسی به مواد از آن عمق بسیار دشوار است.»
نمونه‌های جدید که از عمق ۲۸۰ تا ۴۷۰ کیلومتری زیر سطح زمین آمده‌اند، نخستین بررسی واقعی از شیمی نظری گوشته را فراهم کرده‌اند. یکی از یافته‌ها، به گفته وایس، این است که مواد مذاب اکسیدشده در عمقی بیشتر از آنچه انتظار می‌رفت وجود دارند. کیمبرلیت‌ها — سنگ‌های آتشفشانی‌ای که الماس‌ها را به سطح زمین می‌آورند — اکسیدشده‌اند، بنابراین پژوهشگران تصور می‌کردند منشأ آن‌ها نمی‌تواند از عمق بیش از ۳۰۰ کیلومتر باشد. اما این یافته‌ها نشان می‌دهند که سنگ‌های اکسیدشده در عمق بیشتری نیز وجود دارند — و در نتیجه، کیمبرلیت‌ها نیز ممکن است از آن عمق منشأ بگیرند.
چگونه الماس‌ها شکل می‌گیرند؟
به گفته وایس، واکنش‌های شکل‌گیری الماس احتمالاً زمانی رخ می‌دهند که سیالات کربناتی توسط صفحات تکتونیکی فرورونده به اعماق کشیده می‌شوند و مواد معدنی غنی از اکسیژن را با آلیاژهای فلزی گوشته تماس می‌دهند. (روش دیگر شکل‌گیری الماس، رسوب‌گذاری از سیالات غنی از کربن است که هنگام بالا آمدن در گوشته سرد می‌شوند — مانند بلور شدن شکر از شربت. مقاله جدید این فرآیند را رد نمی‌کند.)
درون‌گیرهای غنی از نیکل همچنین ممکن است توضیحی برای پدیده‌ای عجیب در برخی الماس‌ها باشند: گاهی اتم‌های نیکل جایگزین اتم‌های کربن در شبکه بلوری الماس می‌شوند. کوپیلوا می‌گوید این موضوع همیشه معما بوده، چون نیکل بسیار سنگین‌تر از کربن است و نباید به‌راحتی وارد ساختار بلوری شود. او می‌افزاید: «حالا با دیدن این داده‌ها، فکر می‌کنم شاید این فقط نشانه‌ای از شکل‌گیری الماس در عمق خاصی باشد — موضوعی که بسیار جالب خواهد بود برای بررسی‌های بیشتر.»
ارسال نظر