ماذا يحدث في أعماق العوالم البعيدة؟

وتعد الفيزياء والكيمياء التي تحدث في أعماق كوكبنا أساسية لوجود الحياة كما نعرفها. وهو ما دفع العلماء للبحث عن القوى العاملة داخل عوالم بعيدة، وكيف تؤثر هذه الظروف على قابليتها للسكن.

إقرأ المزيد

دراسة تكشف أن اللب الداخلي للأرض يتشكل من "مادة فائقة الأيونية"

واستخدم العلماء، بقيادة مختبر كارنيجي للأرض والكواكب، أساليب محاكاة معملية للكشف عن البنية البلورية الجديدة وآثارها الكبيرة على فهمنا للتصميمات الداخلية للكواكب الخارجية الصخرية الكبيرة.

ونشرت النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences.

وأوضح راجكريشنا دوتا، المؤلف الرئيسي من مختبر كارنيجي، أن "الديناميكيات الداخلية لكوكبنا ضرورية للحفاظ على بيئة سطحية يمكن أن تزدهر فيها الحياة، حيث تقود الجيودينامو الذي يخلق مجالنا المغناطيسي ويشكل تكوين غلافنا الجوي. والظروف الموجودة في أعماق الكواكب الخارجية الصخرية الكبيرة، مثل الكواكب الأرضية الفائقة، ستكون أكثر قسوة".

وتشكل معادن السيليكات معظم طبقات الأرض ويُعتقد أنها مكون رئيسي من الأجزاء الداخلية للكواكب الصخرية الأخرى أيضا، بناء على حسابات كثافتها.

وعلى الأرض، فإن التغييرات الهيكلية التي تحدث في السيليكات تحت ضغط عال وظروف درجة حرارة تحدد الحدود الرئيسية في باطن الأرض العميق، مثل تلك الموجودة بين الوشاح العلوي والسفلي.

وعمل فريق البحث على التحقيق في ظهور أشكال جديدة من السيليكات وسلوكها في ظل ظروف تحاكي تلك الموجودة في عوالم بعيدة.

إقرأ المزيد

الكشف عن أكبر فوهة تصادم على الأرض منذ 100000 عام

وقال توماس دافي من جامعة برينستون: "لعقود من الزمان ، كان باحثو كارنيجي روادا في إعادة خلق الظروف الداخلية للكواكب من خلال وضع عينات صغيرة من المواد تحت ضغوط هائلة ودرجات حرارة عالية".

ولكن هناك قيودا على قدرة العلماء على إعادة تهيئة الظروف الداخلية للكواكب الخارجية في المختبر.

وشارت النمذجة النظرية إلى ظهور أطوار جديدة من السيليكات تحت الضغوط المتوقعة في عباءات (أوشحة) الكواكب الخارجية الصخرية التي تكون كتلتها أكبر بأربع مرات على الأقل من الأرض. لكن هذا التحول لم يقع ملاحظته بعد.

ومع ذلك، فإن الجرمانيوم هو بديل جيد للسيليكون. ويشكل العنصران تراكيب بلورية متشابهة، لكن الجرمانيوم يحث على الانتقال بين الأطوار الكيميائية عند درجات حرارة وضغوط منخفضة، والتي يمكن التحكم فيها بشكل أكبر في التجارب المعملية.

ومن خلال العمل مع جرمانيد المغنيسيوم، Mg2GeO4، المشابه لأحد معادن السيليكات الأكثر وفرة في الوشاح، تمكن الفريق من جمع معلومات حول المعادن المحتملة للأرض الفائقة والكواكب الخارجية الصخرية الكبيرة.

وتحت نحو مليوني مرة من الضغط الجوي العادي، ظهرت مرحلة جديدة ببنية بلورية مميزة تتضمن الجرمانيوم مرتبطا بثمانية أكسجين.

إقرأ المزيد

مستويات الأكسجين القديمة توفر أدلة على توقيت الحياة والموت على الأرض

وقال رون كوهين من جامعة نيفادا لاس فيغاس: "الشيء الأكثر إثارة للاهتمام بالنسبة لي هو أن المغنيسيوم والجرمانيوم، وهما عنصران مختلفان للغاية، يحلان محل بعضهما البعض في الهيكل".

وفي ظل الظروف المحيطة، يتم تنظيم معظم السيليكات والجرمانيوم في ما يسمى هيكلا رباعي السطوح (بنية جزيئية يكون فيها ذرة مركزية يحيط بها أربع متبادلات)، وهو أحد السيليكون المركزي أو الجرمانيوم مرتبط بأربع ذرات أخرى. ومع ذلك، في ظل الظروف القاسية، يمكن أن يتغير ذلك.

وأوضحت سالي جون تريسي من مختبر كارنيجي للأرض والكواكب: "اكتشاف أنه في ظل الضغوط الشديدة، يمكن للسيليكات أن تتخذ هيكلا موجها نحو ستة روابط، بدلا من أربعة، كان بمثابة تغيير كلي في قواعد اللعبة من حيث فهم العلماء لديناميكيات الأرض العميقة. ويمكن أن يكون لاكتشاف اتجاه بثمانية أضعاف، آثار ثورية مماثلة لكيفية تفكيرنا في ديناميكيات الكواكب الداخلية الخارجية".

المصدر: ساينس ديلي