10 دقیقه
یک مطالعهٔ تازه نشان میدهد که بخشهای عمیق و داخلی زمین بسیار پویاتر از آنچه قبلاً تصور میشد باقی ماندهاند؛ قارهها میتوانند بهطور آهسته لایههای پایینی خود را از دست بدهند و مواد بسیار کهن را به زیر اقیانوسها بفرستند، جایی که این مواد میتوانند منجر به فعالیتهای آتشفشانی تازه شوند.
در اعماق زیر سطح زمین فرایندی کند و تا حدی شگفتآور به نظر میرسد که ترکیب شیمیایی گوشتهٔ اقیانوسی را بازسازماندهی میکند. محققانی به رهبری دانشگاه ساوتهمپتون گزارش دادهاند که قطعاتی از ریشههای قارهای — مادهٔ متراکم و بلورین که زیربنای قارهها را تشکیل میدهد — میتوانند از زیر صفحات قارهای جدا شده و بهصورت جانبی وارد گوشتهٔ اقیانوسی شوند. این بازماندههای پوستهٔ قارهای در گوشتهٔ اقیانوسی مانند مخازن شیمیایی غنی عمل میکنند؛ هنگام ذوب یا بازذوب شدن، مگماهایی با ترکیب و نسبتهای ایزوتوپی مشخص قارهای تولید میکنند و ردپای ژئوشیمیایی پایداری را صدها تا هزاران کیلومتر دورتر از زادگاه اولیهٔ خود بر جای میگذارند.
Peeling continents: a new way to move continental material
ایده ظاهراً ساده اما از نظر زمینشناسی بنیادی است: قارهها صرفاً پوستههای منفعل که در سطح از هم جدا میشوند نیستند. ریشههای عمیق آنها میتوانند ناپایدار شده و بهتدریج جدا شوند؛ فرایندی که تیم پژوهشی آن را مانند «پوستهپوسته شدن» یا «کندن» از زیر توصیف میکند. با استفاده از شبیهسازیهای عددی که تعامل بین لیتوسفر و گوشته را مدلسازی میکنند، محققان نشان میدهند چگونه کشش تکتونیکی در حاشیههای قارهای میتواند یک بیثباتی پیشرونده — یک موج گوشتهای — را تحریک کند که در امتداد پایهٔ قاره با نرخهای فوقالعاده کند حرکت میکند. در طول میلیونها سال این موج قادر است قطعاتی را از عمقهای حدود 150 تا 200 کیلومتر جدا کند و آنها را جانبی به گوشتهٔ اقیانوسی مجاور ببرد.
وقتی این تکهها وارد گوشتهٔ اقیانوسی میشوند، مانند مخازن شیمیایی غنی عمل میکنند. هنگام ذوب کامل یا جزئی، مگماهایی ایجاد میکنند که غلظتهای بالاتر عناصر ردیابی و نسبتهای ایزوتوپی ویژهٔ پوستهٔ قارهای را نشان میدهند. این موضوع به توضیح یک معمای پایدار کمک میکند: جزایر آتشفشانی دور از مرزهای صفحهای — مانند برخی آتشکوههای زیرآبی در اقیانوس هند — اغلب سنگهایی با ویژگیهای شیمیایی «قارهای» تولید میکنند، در حالی که در وسط صفحات اقیانوسی قرار دارند.
تکهای از بخشهای پایینترین گوشتهٔ قارهای (ریشههای بلورین قارهها). این نمادی است از مادهای که در پژوهش پیشنهاد شده از ریشه جدا شده و بهصورت جانبی به گوشتهٔ اقیانوسی منتقل میشود.
Geochemical clues from the Indian Ocean
تیم پژوهشی آنالیزهای ژئوشیمیایی را با مدلهای ژئودینامیکی خود ترکیب کردند و فرضیه را روی حوزهٔ آتشکوههای زیردریایی اقیانوس هند به کار بردند؛ زنجیرهٔ آتشکوههایی که در پی جدا شدن ابرقاره گندوانا بیش از صد میلیون سال پیش شکل گرفت. نشانهای ژئوشیمیایی برخی از این آتشکوهها، انفجاری از مگمای غنیشده را بلافاصله پس از جدا شدن ثبت میکنند و سپس آن سیگنال طی دهها میلیون سال بهتدریج ضعیف میشود. زمانبندی و توزیع مکانی این ویژگیها با مکانیزم انتقال موج گوشتهای همخوانی دارد و کمتر با توضیحات کلاسیک مانند بازچرخش رسوبات در زیردریفتها یا فورانهای عمیق گوشتهای (پلومها) سازگار است.
«برای دههها میدانستیم که بخشهایی از گوشته زیر اقیانوسها بهطرز عجیبی آلوده به نظر میرسند، گویا قطعاتی از قارههای کهن somehow somehow — بهنوعی — آنجا افتادهاند،» گفت پروفسور توماس گرنون از دانشگاه ساوتهمپتون، نویسندهٔ اصلی مطالعه. «اما تاکنون نتوانستهایم بهطور قانعکننده توضیح دهیم که چگونه این حجم مواد قارهای به آنجا منتقل شده است.»
تحلیل ایزوتوپی (از جمله نسبتهای Sr، Nd، Pb و Hf) و شواهد ردیابهای عنصر نادر (مثل Nb، Ta، La، Ce) در نمونهها، سازگاری با منشاء قارهای را نشان میدهد. این دادههای ژئوشیمیایی، وقتی با مدلهای جریان گوشته و جابهجایی حرارتی ترکیب میشوند، یک تصویر منسجم از چگونگی انتقال مواد قارهای به گوشتهٔ اقیانوسی ارائه میدهند که میتواند توضیح دهد چرا سنگهای تولیدشده در برخی آتشکوههای میانی صفحهای دارای امضای شیمیایی قارهای هستند.
How mantle waves work and why they matter
در مدلها، جدا شدن قارهها یک پاسخ دینامیک در گوشته ایجاد میکند: یک بیثباتی آهسته و متناوب که در امتداد پایۀ لیتوسفر پیش میرود. این «موج گوشتهای» ریشههای عمیق قارهای را مختل میکند، موجب خردشدگی و انتقال جانبی مادهٔ متراکم قارهای میشود. حرکت این فرآیند فوقالعاده کند است — در حد یک میلیونیم سرعت یک حلزون — اما طی زمانهای زمینشناختی این نرخ کافی است تا تودههایی از ماده بیش از 1000 کیلومتر از محل اولیهٔ خود جابجا شوند.
زمانی که قطعات قارهای در گوشتهٔ اقیانوسی داغتر و از نظر شیمیایی متفاوت رسوب میکنند، رژیمهای ذوب را تغییر میدهند. آنها مگماهای غنیشدهای ایجاد میکنند که میتوانند فعالیت آتشفشانی را مدتها پس از آنکه آشکارسازی سطحی فرآیند گسلش یا گسترش رفتینگ به جلو رفته باشد، تامین کنند. نکتهٔ کلیدی این است که این امضاهای غنیشده بدون نیاز به یک پلوم کلاسیک عمیق از مرز هسته–گوشته قابل تبیین باقی میمانند.
«ما دریافتیم که گوشته همچنان اثرات جدا شدن قارهها را مدتها پس از جدایی قارهها احساس میکند،» گفت پروفسور ساشا برونه از مرکز هلمهولتس GFZ در پوتسدام، همنویسنده مقاله. «سیستم وقتی یک حوضهٔ اقیانوسی جدید شکل میگیرد خاموش نمیشود — گوشته به حرکت، بازتنظیم و انتقال مواد غنیشده به دوردستها ادامه میدهد.»
این سازوکار، بهویژه برای فهم محلهای آتشفشانی در وسط صفحات اقیانوسی (intraplate volcanism) اهمیت دارد؛ مناطقی که در آنها جریان و ترکیب گوشته تعیینکنندهٔ نوع و ترکیب مواد آذرین تولیدشده هستند. درک نحوهٔ عملکرد موج گوشتهای میتواند کمک کند تا تمایز میان منشاءهای مختلف امضاهای ژئوشیمیایی — مثل منشاء قارهای، رسوبی، یا پلومی — بهتر انجام شود و به بازسازیهای دقیقتری از تاریخ تکاملی صفحات زمینشناسی دست یابیم.
Scientific background and broader implications
برای دههها، زمینشناسان دربارهٔ چگونگی کسب نشانهٔ شیمیایی قارهای توسط آتشفشانهای اقیانوسی بحث کردهاند. فرضیههای سنتی بیشتر بر بازچرخش رسوبات که به گوشته برده میشوند (در مناطق فرورانش) یا بالا آمدنهای مجزا و عمیق گوشتهای که به آنها پلوم گوشتهای گفته میشود، تأکید داشتند. هر دو مکانیسم همچنان مهماند، اما مکانیزم موج گوشتهای میتواند موارد ناسازگار یا نامعمول را توضیح دهد؛ مواردی که نه بازچرخش رسوب و نه فعالیت واضح پلوم قادر به توصیف آنها نیستند.
فراتر از توضیح الگوهای ژئوشیمیایی عجیب، این سازوکار دید ما را نسبت به همرفت گوشته و جفتشدن لیتوسفر–گوشته بازتعریف میکند. مفهوم این است که جدایی قارهای ردپای ساختاری و ترکیبی بلندمدتی بر گوشته میگذارد و فعالیت آتشفشانی و ناهمگونی ژئوشیمیایی را به مدت دهها میلیون سال تحت تأثیر قرار میدهد. این حقیقت اثرات مهمی بر بازسازی تاریخ تکتونیک صفحهای، تفسیر حوزههای آتشفشانی و فهم چرخههای عمیق کربن و گازهای فرار مرتبط با مواد قارهای دارد.
بهعنوان مثال، حضور قطعات قارهای در گوشتهٔ اقیانوسی ممکن است ذخیرههای کربن و نیتروژن را بهصورت محلی تغییر دهد و بنابراین بر گازهای آزادشده در فورانهای آتشفشانی تأثیر بگذارد؛ موضوعی که برای مدلسازی چرخههای آب، کربن و اقلیم در مقیاسهای زمانی ژئولوژیک اهمیت دارد.
Methods and collaboration
این مطالعه که در مجلهٔ Nature Geoscience منتشر شد، شبیهسازیهای ژئودینامیکی را با مجموعه دادههای ژئوشیمیایی ترکیب کرد. تیم بینالمللی شامل پژوهشگرانی از دانشگاه ساوتهمپتون، مرکز هلمهولتس GFZ پوتسدام، دانشگاه پوتسدام، دانشگاه کوئینز (کانادا) و دانشگاه سوانزی بود. شبیهسازیهای آنها مجموعهای از رئولوژیها، پروفیلهای حرارتی و رژیمهای کششی را آزمود تا نشان دهد چگونه موجهای گوشتهای میتوانند در شرایط تکتونیکی واقعی تشکیل شده و مواد قارهای را منتقل کنند.
روشهای عددی مورد استفاده شامل مدلهای دو-بعدی و سه-بعدی با مشبندی دقیق، قوانین تغییر دما-ویسکوزیته، و معیارهای شکست برای مواد بلورین ریشههای قارهای بود. آنها همچنین حساسیت نتایج را نسبت به پارامترهایی مانند نرخ کشش، گرادیان حرارتی، و چسبندگی لیتوسفر به گوشته بررسی کردند. دادههای ژئوشیمیایی شامل آنالیزهای ایزوتوپی و عناصر ردیاب از نمونههای آتشفشانی انتخابشده بود که بهطور ویژه برای تعیین زمانبندی «پالس»های مگمای غنیشده پس از جدا شدن قارهها مورد استفاده قرار گرفت.
ترکیب این رویکردها (شبیهسازیهای فیزیکی و دادههای شیمیایی) امکان اعتبارسنجی مکانیزم موج گوشتهای را فراهم کرد و نشان داد که مدلها میتوانند الگوهای زمانی و مکانی مشاهدهشده در آتشفشانهای اقیانوسی را بازتولید کنند.
Expert Insight
«این کار نشان میدهد چگونه فرایندهای کند و ظریف در اعماق زمین میتوانند اثرات بزرگی در سطح و نزدیکی سطح داشته باشند،» میگوید دکتر النا مارکیز، متخصص دینامیک گوشته در یک دانشگاه پژوهشی بزرگ (که در این مطالعه شرکت نداشت). «این یادآوری است که گوشته یک سوپ همگن نیست — بلکه جیبها و قطعاتی از تاریخ را در خود حفظ میکند. آشکار کردن نحوهٔ حرکت و تعامل این جیبها به ما کمک میکند تا زمینشناسی سطحی را به فرایندهای عمیق زمین پیوند دهیم و مدلهای خطر آتشفشانی، تکامل شیمیایی گوشته و بازسازی صفحات را پالایش کنیم.»
با نشان دادن اینکه ریشههای قارهای میتوانند از لنگرگاه خود جدا شده و به حوزههای اقیانوسی منتقل شوند، این مطالعه افقهای جدیدی را برای پژوهش در زمینهٔ ناهمگونی گوشته، منشأ آتشفشانها و تکامل شیمیایی بلندمدت درونی زمین باز میکند. تحقیقات آینده میتواند شامل مطالعات میدان گستردهتر، حفاریهای اقیانوسی برای نمونهبرداری هدفمند، و توسعهٔ مدلهای سهبعدی با وضوح بالاتر برای بررسی تعاملهای پیچیدهتر میان لیتوسفر و گوشته در زمانهای زمینشناختی باشد.
منبع: scitechdaily
نظرات
نووا_خ
من توی نمونهبرداری اقیانوسی دیدهم سنگهایی وسط صفحه امضای قارهای دارن، حالا یه توضیح منطقی هست براش، شاید همینه، جذاب 😊
آبراه
خوب، اما یه کم اغراق نشده؟ حرکت با سرعت میلیونیوم حلزون رو اینقدر اثرگذار نشون دادن، همه چیز به پارامترها و حساسیت مدل مربوطه...
امیر
خلاصه اینکه گوشته هم حافظه داره؛ فکر میکنم این دیدگاه به بازسازیهای تکتونیک کمک کنه. یه پل ارتباطی خوب بین سطح و اعماق.
لابکور
جالبه ولی میشه روششناسی رو دید؟ این شبیهسازی ها چقدر با دادههای میدانی تطابق داره؟ آیا احتمال برداشتهای دیگه هم هست؟
دیتاپال
وای، یعنی زمین هنوز هم مثل یه موجود زنده داره نفس میکشه؟! شگفتزدهم، فکر نمیکردم ریشه قارهها بتونن اینقدر راه دور سفر کنن...
ارسال نظر