الصندوق الأسود للأرض.. صخرة حمراء غاصت 90 كيلومترا في الجحيم

لطالما اعتقدنا أننا نمشي على أرض ثابتة صلبة لا تتزعزع، ففهمنا للأرض محدود بما نعاصره من أحداث في أعمارنا المحدودة. أما بالنسبة للأرض، فإن عمرها الذي يتجاوز ملايين السنين يجعل الزمن من منظورها أمرا مختلفا تماما، وهناك الكثير والكثير مما يدور في جوفها مما لم نتوقعه.

ففي أعماق كوكب الأرض، تدور عجلة هائلة تعيد تدوير الغلاف الصخري، حيث تغوص حواف الصفائح التكتونية إلى أعماق طبقة الوشاح السحيقة حاملة معها الماء والكربون في دورة تحافظ على استقرار مناخ الكوكب، قبل أن تعود شظايا من هذه الصخور لاحقا نحو السطح بفعل عمليات رفع تكتوني وتمدد القشرة الأرضية عبر ملايين السنين.

أخبار مقترحة

وافترض العلماء لعقود أن هذه الدورة تتسم ببرودة مستمرة مقارنة بالحرارة الشديدة في باطن الأرض، وهو استنتاج اعتمد بالأساس على دراسة المعادن المستقرة عند أقصى درجات العمق. غير أن دراسة حديثة نُشرت في دورية "نيتشر جيوساينس" كشفت مفاجأة قلبت هذه المفاهيم، وروت قصة تلك الدورة بطريقة مختلفة لم يتخيلها العلماء من خلال دراسة صخرة غاصت في باطن الأرض خلال أزمان سحيقة.

ويشرح يان شونيك، الباحث في قسم علم الرسوبيات والجيولوجيا البيئية، في مركز علوم الأرض في جامعة غوتنغن الألمانية، الاكتشاف في تصريحات حصرية للجزيرة نت "لم تتبع الصخرة نمطا منتظما من الزيادة في درجات الحرارة والضغط أثناء الاندساس (غوص الصفائح التكتونية تحت بعضها) كما كان متوقعا. بل تعرضت لتسخين شديد حتى عمق 45 كيلومترا تقريبا، تلاه ارتفاع حاد في الضغط عند أعماق تجاوزت 90 كيلومترا، مع زيادة طفيفة جدا في درجة الحرارة".

العقيق المخلوط يحكي أسراره

يكشف فحص تلك الصخرة النادرة من نوع "الإيكلوجايت" -وهي صخور وشاحية بالغة الكثافة تتشكل تحت وطأة ضغوط هائلة- أنها تتكون بشكل رئيسي من العقيق الأحمر (الغارنت) والبيروكسين الأخضر الغني بالصوديوم المعروف باسم الأومفاسيت. وجمعت العينة من جزيرة "غودإيناف" الواقعة شرق بابوا غينيا الجديدة، وهي منطقة فريدة تتيح للعلماء دراسة صخور اندساس شابة نسبيا، إذ كشف تحليل نظائر اليورانيوم والرصاص في بلورات الزركون المجهرية أن الصخرة بلغت ذروة أعماقها قبل نحو 4.4 ملايين سنة فقط، وهو عمر حديث للغاية بمقاييس الزمن الجيولوجي، مما حفظ تفاصيل رحلتها قبل أن تمحوها التحولات اللاحقة.

واعتمد الباحثون في فك لغز هذه الرحلة على قراءة بلورات العقيق، وهو معدن أحمر صلب يتشكل تحت الضغط العالي، يستخدمه العلماء مثل حلقات الأشجار أو الصندوق الأسود للطائرات، حيث تنمو طبقاته المتعاقبة من النواة الداخلية إلى الحواف الخارجية، فتحتجز بداخلها عينات مجهرية من المعادن والسوائل التي تسجل ظروف الضغط والحرارة خطوة بخطوة.

وفي المرحلة الأولى للغوص في باطن الأرض، والتي وثقتها نواة بلورة العقيق، وجد الباحثون قطرات مجهرية من انصهار قديم تجمد وتحول إلى زجاج، جنبا إلى جنب مع بلورات الكوارتز المألوف. وتوصلت الحسابات الكيميائية إلى أن هذه النواة تبلورت عند عمق يقارب 45 كيلومترا، وتحت ضغط يعادل 1.5 غيغاباسكال، أي ما يوازي نحو 15 ألف ضعف الضغط الجوي عند سطح البحر، وبدرجة حرارة بلغت 700 درجة مئوية.

وقد جاءت النتيجة مفاجئة، فالحرارة في باطن الأرض تُقاس دائما بمعدل ارتفاعها مقابل العمق، وهو ما يعرف بالتدرج الحراري. وعند عمق 45 كيلومترا، تعد حرارة الصخرة ساخنة بشكل غير معتاد، فالتدرج الذي توقعه العلماء يبلغ نحو 470 درجة مئوية لكل غيغاباسكال، وهو ما يتجاوز النماذج النظرية المعتمدة. ويفسر العلماء هذا الدفء المبكر بعاملين مباشرين، أولهما حرارة الاحتكاك الناجمة عن اصطدام الصفيحتين، والآخر هو حداثة نشأة نطاق الاندساس في تلك المنطقة، حيث لم يدخل بعد مرحلة التبريد المستمر والمنتظم التي تميز نطاقات الاندساس القديمة.

ويعلق يان "تشير النماذج الحرارية لمناطق الاندساس الناضجة إلى أن الاندساس المؤدي إلى ظروف ضغط فائق يتبع مسارا باردا، لكننا اكتشفنا أن الصخور التي تتعرض لضغط فائق يمكن أن تسلك مسارا ساخنا في البداية، ثم تتحول لاحقا إلى مسار بارد".

تحول حراري صادم

مع استمرار غوص الصخرة نحو مستويات سحيقة، سجلت الطبقة الوسطى من بلورة العقيق تحولا بيئيا حاسما. اختفى معدن الكوارتز تماما، وحل محله معدن الكويست، وهو طور شديد الكثافة والانضغاط من السيليكا لا يستقر إلا تحت ضغط يتجاوز 2.7 غيغاباسكال، أي عند أعماق تزيد على 90 كيلومترا.

ويقول يان "وجدنا في كلا النطاقين شوائب من معدن الروتيل، واستخدمنا محتوى الزركونيوم فيه كمقياس لدرجة الحرارة، حيث تبين أنها بلغت 700 درجة مئوية في نطاق النمو الأول، و800 درجة مئوية في نطاق النمو الثاني (الأعمق). بالإضافة إلى ذلك، عثرنا على معدن الكويسيت في نطاق النمو الثاني، وهو شكل عالي الضغط من الكوارتز، مما يؤكد أن هذا النطاق قد تشكّل على عمق يزيد على 90 كيلومترا".

وهنا ربما يزول التعارض الظاهري بين ارتفاع الحرارة ووصف المسار بالبارد، فعندما تضاعف العمق إلى أكثر من 90 كيلومترا، لم ترتفع حرارة الصخرة سوى 100 درجة مئوية فقط، من 700 إلى 800 درجة. وبالمقارنة مع حرارة الوشاح الملتهب المحيط بتلك الصخرة، فإن اكتساب الحرارة قد تباطأ بصورة حادة غير مفهومة. هذا التباطؤ يعني أن الصخرة أصبحت باردة نسبيا مقارنة ببيئتها السحيقة. ويعبر يان "هذا يعني أن العثور على صخر تشكّل تحت ضغط فائق لا يعني بالضرورة أن الاندساس كان باردا حصرا".

ولم تنحصر المفاجأة في السلوك الحراري، بل امتدت إلى سرعة الغوص، إذ أظهرت بلورات الزركون أن الانتقال من عمق 45 كيلومترا إلى أكثر من 90 كيلومترا قد حدث في زمن يقل عن مليون سنة، وتحديدا في الفترة ما بين 5.1 و4.4 ملايين سنة مضت. ويعادل هذا الهبوط سرعة رأسية تزيد على 60 مليمترا في السنة. ومع أن هذه السرعة تقارب معدل نمو أظافر الإنسان، فإنها تعد في لغة الصفائح التكتونية حركة هبوط رأسية استثنائية وفائقة السرعة، حيث تقتصر التحركات الرأسية عادة على بضعة مليمترات متواضعة كل عام.

وتكتسب هذه النتائج أهمية جيولوجية واسعة النطاق؛ فهي تثبت أن الاكتفاء برصد أعلى درجات الضغط والحرارة المسجلة في ذروة الغوص يعطي صورة منقوصة وربما مضللة في بعض الأحيان عن مسار الصفائح التكتونية. فالوصول إلى أعماق تزيد على 90 كيلومترا بظروف باردة لا يعني بالضرورة أن الرحلة بأكملها كانت باردة منذ بدايتها، إذ قد تحجب الذروة العميقة خلفها مراحل مبكرة دافئة وسريعة.

ويفتح هذا الكشف آفاقا جديدة لمراجعة تاريخ الصخور المتحولة حول العالم، وفهم كيف تبرد الأرض وكيف تطورت حركتها التكتونية عبر العصور السحيقة. فهناك المزيد من القصص التي قد ترويها الأحجار عن باطن أرضنا.