8 دقیقه
زمین جوانی را تصور کنید که زیر بارانی از سنگهای آتشین کوبیده میشود، هر برخورد نه فقط در سنگ، بلکه در قابلیت زیستپذیری سیاره شکاف ایجاد میکند. آنچه در نگاه نخست ویرانی گسترده به نظر میرسد، شاید در واقع آفرینشی پنهان بوده باشد. مدلسازی تازه مؤسسه پژوهشی ساوثوست نشان میدهد برخورد سیارکها در میلیاردها سال پیش، فقط دهانههای برخوردی نساختند، بلکه ممکن است مسیرهایی برای جریان آب گرم و سرشار از مواد معدنی در زیر سطح زمین ایجاد کرده باشند؛ مسیرهایی که محلههای گسترده گرمابی را پدید آوردند، جایی که شیمی میتوانست با شدت و تنوع فراوان پیش برود.
دکتر سیمونه مارکی، دانشمند مؤسسه پژوهشی ساوثوست، این تصویر هنری از زمین آغازین را خلق کرده است؛ تصویری که سطحی را نشان میدهد که زیر ضربه برخوردهای بزرگ کوبیده شده و شرایط گرمابیای را پدید آورده است که میتوانست از تکامل حیات پشتیبانی کند. هر برخورد جداگانه در این دوره بمباران ممکن است تا ۱۰۰ برابر فعالیت گرمابی موجود در پارک ملی یلواستون امروزی را ایجاد کرده باشد.
پوسته شکسته، گرمای جاری و نگاهی تازه به برخوردها
برای دههها، برخوردهای فضایی به عنوان رویدادهایی در حد انقراض توصیف میشدند. امروز این توصیف کامل نیست. تیم مؤسسه پژوهشی ساوثوست شبیهسازیهای فیزیک شوک با وضوح بالا را اجرا کرد تا دنبال کند سیارکهای ورودی چگونه پوسته زمین را درهم شکستند و نواحی متخلخلی ساختند که توانایی هدایت آب به اعماق زیرزمین را داشتند. این مدلها نشان میدهند سنگ در کجا میشکند، تراوایی چگونه تغییر میکند و این مسیرها در رژیمهای حرارتی و ترکیبی مختلف تا چه مدت میتوانند باز بمانند.
ایده اصلی ساده است: هر جا آب با گرما روبهرو شود، شیمی آغاز میشود. سامانههای گرمابی یونهای حلشده را متمرکز میکنند، شیبهایی در دما و پیاچ میسازند و روی کانیها سطوح کاتالیزوری فراهم میآورند. اینها دقیقا همان شرایطی هستند که میتوانند واکنشهای پیشازیستی را پیش ببرند، مولکولهای آلی را گرد هم آورند و شیمیهای پیچیده را در گذر زمان پایدار نگه دارند.
مدلسازی بمباران آغازین زمین و بازده گرمابی آن
پژوهشگران طیفی از اندازهها و سرعتهای برخوردگرها را آزمایش کردند و ویژگیهای پوسته و گرادیانهای زمینگرمایی را تغییر دادند تا سناریوهای محتمل زمین آغازین را بازتاب دهند. یک نمونه نماینده چنین است: سیارکی ۱۰ کیلومتری که با سرعتی نزدیک به ۱۵ کیلومتر بر ثانیه برخورد میکند. بر پایه شبیهسازیها، همین یک رویداد میتواند دهانهای برخوردی و حجمی زیرین از سنگ بسیار تراوا ایجاد کند که هم با گرمای برخورد و هم با گرمای درونی خود سیاره گرم شده است.
دانشمندان مؤسسه پژوهشی ساوثوست تاریخچه برخوردهای آغازین زمین را مدلسازی کردند تا به سرنخهایی درباره خاستگاههای احتمالی حیات برسند. بر اساس این مدلها، برخورد یک سیارک ۶ مایلی، معادل ۱۰ کیلومتری، با زمین آغازین در سرعت ۹ مایل بر ثانیه، معادل ۱۵ کیلومتر بر ثانیه، دهانهای ایجاد میکند که تراوایی ناشی از برخورد، در چپ، و الگوهای گرمایی، در راست، میتوانستند شرایط گرمابی قادر به پشتیبانی از تکامل حیات را پدید آورند.
آنچه تیم پژوهشی را شگفتزده کرد، مقیاس ماجرا بود. برخوردهای منفرد میتوانستند نواحی گرمابیای تا ۱۰۰ برابر بزرگتر از کانونهای داغ امروزی مانند یلواستون بسازند. بمبارانهای تکرارشونده، نه برخوردهای جداافتاده، احتمالا بسیاری از این نواحی را به یک پوسته بالایی بههمپیوسته و تراوا تبدیل کردند. نتیجه، سیارهای بود با صدها و شاید هزاران جایگاه که در آنها آب داغ از میان سنگ تازه و واکنشپذیر گردش میکرد.
در نهایت، تراوایی یک ویژگی صفر و یکی نیست. این ویژگی به هندسه ترکها، پرشدگی کانیها، فشار و دما بستگی دارد. مدلها نشان میدهند که در نرخهای برخوردی محتمل، هشت کیلومتر بالایی پوسته زمین میتوانست بین حدود ۴٫۳ تا ۳٫۵ میلیارد سال پیش به شکل چشمگیری تراوا باقی بماند. این بازه با نخستین نشانههای شیمیایی و ریزسنگوارهای حیات روی زمین همپوشانی دارد.
چرا شبکههای گرمابی برای پژوهش درباره خاستگاه حیات مهماند
سامانههای گرمابی چندین مزیت مهم به عنوان گهوارههای شیمی پیشازیستی دارند. آنها گرادیانهای حرارتی پایدار ایجاد میکنند که میتوانند واکنشدهندهها را متمرکز کنند. سطوح کانیایی آنها واکنشها را کاتالیز میکند و از واسطههای شکننده محافظت میکند. همچنین گردش سیالات به طور پیوسته ذخایر شیمیایی را تازه میسازد و فرصتهای تکرارشوندهای برای ظهور پیچیدگی فراهم میکند. اگر برخوردها شمار و تنوع چنین محیطهایی را افزایش داده باشند، احتمال آماری آنکه شیمی شبیه به حیات جایی برای استقرار پیدا کند نیز بیشتر شده است.
این ادعا به معنای آن نیست که سیارکها به طور مستقیم حیات را ساختهاند. ادعا این است که برخوردها محیط نزدیک به سطح را به گونهای بازآرایی کردند که امکان حیات بیشتر شود. گرما و تراوایی ناشی از برخورد با فعالیت آتشفشانی، ترکیب جو و اقیانوسهای آغازین برهمکنش داشت و موزاییکی از محیطهای شیمیایی پدید آورد که در آنها فرایندهای خاستگاه حیات میتوانستند به دست طبیعت آزموده شوند.
دیدگاه کارشناسی
دکتر النا پارک، ژئوشیمیدان سیارهای که در این مطالعه مشارکت نداشته است، میگوید: «وقتی فراتر از تصویرهای چشمگیر دهانهها نگاه میکنید، داستانی آرامتر آشکار میشود. این برخوردها مانند مهندسان زمینشناسی عمل میکنند. آنها رگههایی را در پوسته میگشایند، گرما تزریق میکنند و نواحی فعال شیمیایی میسازند که میتوانند صدها هزار تا میلیونها سال دوام بیاورند. همین پایداری اهمیت دارد. شیمی برای حرکت به سوی پیچیدگی، به زمان و آشیانهای پایدار نیاز دارد.»
دکتر پارک اضافه میکند که ترکیب مدلهای برخورد با سوابق زمینشناسی و شیمی آزمایشگاهی حیاتی خواهد بود. «ما به آزمونهای میانرشتهای نیاز داریم. شیمی سیالاتی را که مدلها پیشبینی میکنند شبیهسازی کنید. در سنگهای باستانی به دنبال امضاهای کانیایی بگردید. این همان راهی است که ما را از سناریوهای محتمل به شواهد قانعکننده میرساند.»
پیامدهای گستردهتر و مسیرهای آینده
این یافتهها فراتر از بحثهای مربوط به خاستگاه حیات بازتاب دارند. اگر برخوردها روی زمین آغازین شبکههای گرمابی گسترده ساخته باشند، فرایندهای مشابه باید روی دیگر جهانهای سنگی که بمباران سنگین را تجربه کردهاند نیز رخ داده باشد. مریخ، قمرهای یخی و سیارات فراخورشیدی باستانی میتوانند میزبان سامانههای زیرسطحی مشابه باشند یا در گذشته چنین سامانههایی داشته باشند. همین موضوع، پیوند میان برخورد و سامانه گرمابی را به هدفی ارزشمند برای اخترزیستشناسی و برنامهریزی مأموریتهای فضایی تبدیل میکند.
از نظر فنی، این پژوهش همچنین اولویتهایی را برای مدلسازیها و کارهای میدانی آینده نشان میدهد. شبیهسازیهای دقیقتر که مکانیک شکست را با رسوبگذاری بلندمدت کانیها پیوند میدهند، مدتزمان دوام تراوایی را بهتر مشخص خواهند کرد. روی زمین، پژوهشگران میتوانند به دنبال اثرانگشتهای ژئوشیمیایی برجا مانده از گردش گرمابی باستانی در سنگهای هادئن تا آرکئن بگردند. در کاوشهای سیارهای نیز ابزارهایی که برای شناسایی مجموعههای کانیایی مرتبط با دگرسانی گرمابی تنظیم شدهاند، میتوانند نقش تعیینکننده داشته باشند.
نتیجهگیری
سیارکهایی که زمانی فقط ویرانگر دیده میشدند، شاید معماران زیستپذیری بودهاند. برخوردهای باستانی با شکستن پوسته و به راه انداختن گردش گسترده گرمابی، احتمالا شمار آشیانهای شیمیایی حاصلخیز را روی زمین آغازین افزایش دادند. مدلهای تازه مؤسسه پژوهشی ساوثوست معمای خاستگاه حیات را حل نمیکنند، اما با آشکار کردن سیارهای که برای فرصتهای شیمیایی مهندسی شده بود، احتمالها را تغییر میدهند.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر