تسرب الذهب من لب الأرض إلى جزر هاواي

تشير دراسة جديدة إلى أن الذهب والمعادن الثمينة الأخرى تتسرب من لب الأرض إلى الطبقات الموجودة فوقها، وتشق طريقها إلى السطح في نهاية المطاف أثناء تكوين الجزر البركانية مثل هاواي.

هذه النظرية ناتجة عن تحليل استمر ثلاث سنوات للصخور البازلتية في هاواي، والتي تشكلت في الأصل من أعمدة الصهارة، أو الصخور المنصهرة، التي تتصاعد من قاع المحيط. ويمكن أن تؤكد القرائن المتمثلة في شكل معادن ثقيلة موجودة في الصخور البركانية شكوكاً لطالما راودت الجيولوجيين وهي أن نواة الأرض المنصهرة ليست معزولة بل من المحتمل أن تنزف في الوشاح الصخري، وهي الطبقة الواقعة بين القشرة الرقيقة للكوكب واللب.

قال نيلز ميسلينج، عالم الجيوكيمياء الجيولوجية في جامعة غوتنغن في ألمانيا والمؤلف الرئيسي للتقرير، الذي نُشر في 21 مايو في مجلة نيتشر: "منذ حوالي 40 عامًا، توصل الناس لأول مرة إلى نظرية مفادها أن اللب ربما يفقد بعض المواد في الوشاح، لكن الإشارات التي حصلنا عليها حتى الآن كانت غامضة حقًا". "والآن، في رأيي، لدينا أول دليل قوي للغاية على أن بعض اللب ينتهي به المطاف بالفعل في الوشاح."

كان العلماء يعلمون بالفعل أن معظم الذهب الموجود على الكوكب أكثر من 99.95% بحسب ميسلينغ يكمن في اللب المنصهر، إلى جانب عناصر ثقيلة أخرى مثل البلاتين. عندما قصفت النيازك بعضها بعضًا في تاريخ الأرض المبكر، نشأ مخزون من هذه المعادن الثمينة عندما تشكلت النواة قبل حوالي 4.5 مليار سنة.

لكن هذه الدراسة تشير إلى أن كمية ضئيلة على الأقل من هذا الذهب قد تسربت إلى السطح، مما يثير احتمالاً مذهلاً بأنه إذا استمر التسريب، فقد ينتقل المزيد من هذا المعدن الثمين من مركز الأرض إلى القشرة الأرضية في المستقبل.

"لا تُظهر النتائج التي توصلنا إليها أن نواة الأرض ليست معزولة كما كان يُفترض سابقًا فحسب. يمكننا الآن أيضًا أن نثبت أن كميات هائلة من مواد الوشاح فائقة السخونة عدة مئات من الكوادريليونات من الأطنان المترية من الصخور تنشأ عند حدود اللب والوشاح وترتفع إلى سطح الأرض لتشكل جزر المحيط مثل هاواي"، كما قال المؤلف المشارك في الدراسة ماتياس ويلبولد، الأستاذ في جامعة غوتنغن، في بيان.

Loading image...

البحث عن المعادن الثمينة من قلب الأرض

للعثور على دليل على هذا التفاعل بين اللب والوشاح، حصل ميسلينغ وزملاؤه على بعض العينات من الصخور البركانية في هاواي من معهد سميثسونيان في واشنطن العاصمة.

وقال: "تم أخذ بعضها عن طريق غواصة، من بركان في أعماق البحار، ولكن (بخلاف ذلك) إنها في الأساس مجرد صخور بازلتية عادية المظهر، متواضعة للغاية، قد تجدها في أي مكان في هاواي". "لقد بدأنا بنصف كيلوغرام (1.1 رطل) من الصخور، وسحقناها إلى مسحوق، ثم أذبناها في الفرن مع بعض المواد الكيميائية المختلفة، لنحصل في النهاية على عينة في شكل سائل."

ومن تلك العينة، استخرج الفريق جميع العناصر الموجودة في مجموعة البلاتين، والتي تشمل البلاتين نفسه بالإضافة إلى العناصر الأقل شهرة وهي الروديوم والبلاديوم والإيريديوم والأوزميوم والروثينيوم. ثم ركز العلماء بعد ذلك على الروثينيوم، وهو معدن فضي رمادي اللون نادر في القشرة الأرضية مثل الذهب.

قال ميسلينغ: "لا يحتوي الوشاح على الروثينيوم تقريبًا". "إنه أحد أندر العناصر على الأرض. لكن الأرض مكونة أساسًا من نيازك تحطمت معًا، وتحتوي النيازك على الروثينيوم الذي دخل إلى اللب عندما تشكلت النواة. لذا فإن الوشاح لا يحتوي على الروثينيوم تقريبًا، بينما يحتوي اللب على كل الروثينيوم. وينطبق الأمر نفسه على الذهب والبلاتين."

Loading image...

لُب الأرض طبقتان. كرة معدنية صلبة ساخنة من الحديد والنيكل يبلغ حجمها حوالي 70% من حجم القمر، ويبلغ نصف قطرها حوالي 759 ميلاً (1221 كيلومتراً). أما اللب الخارجي المعدني السائل فيبلغ سمكه حوالي 1400 ميل (2253 كيلومتراً) ويمتد إلى حوالي 1800 ميل (2897 كيلومتراً) تحت السطح، أو حتى الوشاح.

وعلى النقيض من ذلك، فإن الوشاح، الذي يقع بين القشرة الخارجية للكوكب واللب المنصهر، يبلغ سمكه 1800 ميل (2897 كيلومترًا) من الصخور الصلبة في معظمها.

ولتحديد ما إذا كان الروثينيوم المستخرج كان في الأصل من اللب وليس الوشاح، نظر الفريق في نظير أو نوع معين من الروثينيوم الذي كان على الأرجح أكثر وفرة في مواد البناء الأولى للأرض خلال الوقت الذي تشكلت فيه اللب قبل مليارات السنين.

وقال بيدرو ووترتون، الأستاذ المساعد في الكيمياء الجيولوجية في جامعة كوبنهاغن في الدنمارك الذي لم يشارك في الدراسة: "من المحتمل أن الغالبية العظمى من الذهب والمعادن الثمينة الأخرى مثل البلاتين قد تم نقلها عن طريق ارتطامات النيازك الضخمة خلال المراحل الأخيرة من تكوين الأرض وهي عملية تعرف باسم التراكم المتأخر".

ويشير وجود نظائر الروثينيوم في عينات البازلت إلى أن بعض الصخور على الأقل تشكلت من مواد قادمة من اللب المعدني المنصهر.

وذلك لأن هناك إجماع، كما قال ميسلينغ، على أن المادة التي التحمت خلال المراحل الأولى من تكوين الأرض لم تعد موجودة في سجل النيازك. وأضاف أن البصمة النظيرية في الصخور من براكين البؤر الساخنة مثل تلك الموجودة في هاواي تختلف تمامًا عن أي صخور أو نيازك أخرى معروفة.

وبعبارة أخرى، فإن نظير الروثينيوم الذي وجده ميسلينغ كان محبوسًا في اللب منذ مليارات السنين، لذا فإن اكتشاف النظير في الصخور البركانية اليوم يشير إلى أنه يأتي من اللب.

وقال ميسلينغ: "إنها طريقة جديدة وصعبة للغاية". "لقد تمكنا من قياس الروثينيوم في الصخور التي لا تحتوي على الروثينيوم تقريباً. في نصف كيلو (1.1 رطل) من الصخور، كان أقل من مليغرامات إبرة في كومة قش بحجم الكوكب! وهذا أمر مثير للغاية بالنسبة لعالم الكيمياء الجيولوجية، على الأقل. لقد كانت عملية طويلة ولكنها مثيرة للغاية."

إذن ما هي العلاقة مع الذهب؟ قال ميسلينغ إنه يشبه الروثينيوم كيميائياً، لذلك إذا كان اللب يسرب الروثينيوم، فإنه يسرب الذهب بكميات مماثلة. ومع ذلك، ستكون هذه كمية "ضئيلة". وحتى لو أراد العلماء استخلاص الذهب مباشرة من المصدر، أي من الحد الفاصل بين اللب والوشاح، فإن هذا أبعد بكثير مما يمكن للتكنولوجيا الحالية أن تحفره. في الواقع، إنه أعمق بحوالي 236 مرة من أعمق بئر تم حفره على الإطلاق بئر كولا فائق العمق في روسيا، والذي يصل عمقه إلى 7.62 ميل (12.3 كيلومتر).

Loading image...

قال ميسلينغ إن إثبات أن اللب ليس معزولًا أمر مثير بشكل خاص لأن اللب والوشاح لا ينبغي أن يتفاعلا على الإطلاق. "كثافتهما مختلفة للغاية، مثل الزيت والماء، لذا من الناحية الفنية لا ينبغي أن يختلطا. وما زلنا لا نملك آلية جيدة لتفسير سبب اختلاطهما. فنحن لا نعرف الكثير عن اللب على الإطلاق."

وقال ميسلينغ إن عينات صخور هاواي تشير إلى أن عملية التسريب تستغرق ما بين 500 مليون ومليار سنة لتكتمل.

وأوضح قائلاً: "إنه شيء حدث منذ فترة، ونعتقد أنه ربما كان يحدث منذ فترة طويلة، وربما لا يزال يحدث الآن".

ووفقًا لميسلينغ، إذا كان تسرب المعادن الثمينة عملية مستمرة، فقد يكون بعض الذهب الذي استخرجه البشر على الأقل من اللب قد جاء من اللب حتى لو كانت كمية المادة اللبية في الصخرة الواحدة ضئيلة، ويبدو أن إمدادات العالم من الذهب تتجدد.

وقال: "إنها فكرة مثيرة للاهتمام للغاية أنه على الرغم من أن هذه العملية ضئيلة للغاية وليس لها أي تأثير إذا نظرت إلى جزيرة واحدة فقط، إلا أنك إذا قمت بتوسيع نطاقها إلى 4.5 مليار سنة، فقد يكون ذلك قد غيّر من تكوين الأرض".

التفاعل بين اللب والوشاح

أعرب الباحثون الذين لم يشاركوا في الدراسة عن آراء إيجابية حول النتائج التي تم التوصل إليها.

وقالت هيلين ويليامز، أستاذة الكيمياء الجيولوجية وعلوم الكواكب في جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة: "نحن نعلم أن الأرض قد بُنيت من أجيال مختلفة من المواد النيزكية التي أضيفت تدريجياً إلى الكوكب الآخذ في النمو، وأن المعادن الثمينة من الأجيال الأولى من المواد النيزكية أصبحت مركزة في لُب كوكبنا بينما أصبحت المعادن من النيازك التي أضيفت في المراحل الأخيرة من نمو الأرض عالقة في وشاح كوكبنا".

وأضافت أن هذه الدراسة تؤكد أن أعمدة الوشاح وهي نفاثات متصاعدة من الصخور المنصهرة القادمة من الحدود بين اللب والوشاح التي تخلق بقعاً ساخنة مثل هاواي تحتوي بالفعل على مواد مشتقة بطريقة ما من اللب المعدني للأرض، مضيفة أن النتيجة "مثيرة".

ويتفق جيسي رايمنك، الأستاذ المشارك في علوم الأرض في جامعة ولاية بنسلفانيا، مع هذا الرأي. وقال: "هذا نقاش قديم جدًا، وقد أعادت البيانات الجديدة على مدى السنوات العشر الماضية أو نحو ذلك تنشيط إمكانية أن اللب كان "يتسرب" كيميائيًا إلى الوشاح بمرور الوقت". "يبدو أن هذه الدراسة تثبت بالفعل الاستنتاج أن اللب يساهم بالفعل ببعض المواد في الوشاح."

وقال ووترتون من جامعة كوبنهاغن إن البحث الأخير يعزز أيضًا القضية التي تم تقديمها في عمل سابق بأن بعض أعمدة الوشاح تتضمن مواد من لب الأرض.

هل يعني ذلك أيضًا أن بعض الذهب الموجود في القشرة الأرضية هو في الأصل من اللب؟ قال: "نعم، ولكن من المحتمل أن تكون كمية صغيرة جدًا".