درون زمین چه خبر است ؟

تحولات عمیق به وجود آمده در شناخت پدیده هایی كه در لایه های تقریباً سطحی زمین رخ می دهند و اصطلاحاً تكتونیك صفحه ای (Plate tectonics) نام دارند شایان توجه بوده است. این تحولات كه معمولاً از آن به عنوان انقلابی در عرصه زمین شناسی (Geology) یاد می شود نقش چشمگیری در شكوفایی این عرصه از علوم طبیعی طی دهه های اخیر داشته است. اما این مورد ظاهراً با مورد دیگری كه از قضا ربط چندانی نیز به یكدیگر ندارند شباهت هایی دارد.
فردی كاملاً عادی را در نظر بگیرید كه در طول عمر خود بارها روبه روی ساعت معروف Big Ben (در لندن پایتخت انگلیس) ایستاده و از نزدیك با نحوه چرخش ظاهری عقربه های آن آشنا شده است. آیا چنین فردی اصولاً می تواند ادعا كند كه تنها با نگاه دقیق به حركت عقربه ها و صفحات بسیار بزرگ این ساعت توانسته است به پیچیدگی ها و رموز عملكرد واقعی آن كه (پشت پرده نهان است) پی ببرد؟ البته خیر. وضعیت دانش امروزی بشر پیرامون تحولاتی كه در لایه های عمیق تر زمین رخ می دهند نیز اینگونه است.
اگر قرار باشد كه با پی بردن به بخشی از حقایق مربوط به لایه های سطحی (كه معمولاً به لایه های چینش یافته تا عمق ۱۰۰ كیلومتری زمین اطلاق می شود) مدعی شناخت دقیق ویژگی های همه لایه ها شویم یقیناً اشتباه كرده ایم. آن ۶۳۰۰ كیلومتر باقی مانده از جنس سنگ و آهن كه زیر صفحات تكتونیكی خوابیده است جلوه تكامل یافته ای از نحوه عملكرد یك موتور حرارتی غول پیكر (كره زمین) را به نمایش می گذارد.
«صفحات تكتونیكی» كه در نزدیكی های سطح زمین واقع شده اند نقش همان عقربه های متحركی را ایفا می كنند كه عملاً صورت ظاهری كاركرد پیچیده یك ساعت فوق العاده بزرگ را نشان می دهند: عقربه هایی كه از فواصل و زاویه های مختلف قابل رؤیت بوده، اما زبان گویایی در مورد پیچیدگی های ناپیدای عملكرد خود ندارند.
زمین شناسان معاصر توانسته اند با بهره گیری از اطلاعات جمع آوری شده توسط همقطاران خود در عرصه «تكتونیك صفحه ای» به تصویر بسیار ساده ای از آرایش لایه های عمقی زمین دسترسی پیدا كنند. زمین از دیدگاه آنان همانند یك «پیاز» است. متخصصان با عبور دادن امواج ارتعاشی در اعماق زمین، به این نتیجه رسیده اند كه زیر پوسته شكننده صفحه ها لایه ای به ضخامت ۲۸۰۰ كیلومتر از سنگ قرار گرفته كه زیر آن نیز لایه دیگری به ضخامت ۳۴۷۰ كیلومتر از آهن مذاب (و در مركز، آهن جامد) قرار گرفته است.
لایه سطحی تر زمین جبه (Mantle) خود به دو لایه جزیی تر كه مرز آن را عمق ۶۷۰ كیلومتری زمین مشخص می سازد تقسیم می شود. لایه دیگری نیز به ضخامت ۲۰۰ كیلومتر زیر جبه به عنوان یك لایه فرعی مورد اشاره قرار می گیرد. پس از بروز تحولات عظیم در عرصه شناخت لایه های سطحی تر زمین یا همان تكتونیك های صفحه ای عملاً «مدل پیاز» طرفداران بیشتری را در مجامع علمی و دانشگاهی به خود جلب كرد.
تصویر غالب پیرامون فعالیت های درونی زمین، این سیاره را به سه لایه كلی تقسیم كرد: عمق ۶۷۰ كیلومتری به عنوان مرز دو لایه بالایی (همان طوری كه در بالا نیز به آن اشاره شد) و مركز (Core) به عنوان لایه سوم. بدین ترتیب، سیاره زمین همانند ماشین بخاری با سه لایه متفاوت در نظر گرفته شد. ساختار زمین تا عمق ۶۷۰ كیلومتری همانند دیگ بسیار كم عمقی است كه آب در آن به آهستگی می جوشد. طی این فرایند، گرما و سنگ از طریق برآمدگی های پدیدار شده در وسط اقیانوس به لایه های سطحی زمین راه می یابد كه در نتیجه آن پوسته جدیدی (Crust) ساخته شده و كمی از حرارت اعماق زمین كاسته می شود.
در مقابل، تكه های سرد صفحات قدیمی از طریق گودال های موجود در كف دریاها به درون زمین راه می یابد. یك لایه نازك از سنگ داغ ممكن است از درست بالای مرز ۶۷۰ كیلومتری بالا بیاید تا یك نقطه داغ آتشفشانی، همانند هاوایی را بسازد. اما هیچ سنگ داغی از درون مرز ۶۷۰ كیلومتری بالا نیامده و هیچ سنگ سردی به درون آن فرو نرفته است.
احتمال ضعیف تری نیز مطرح است كه جبه زمین همانند یك دیگ عمیق كار می كند كه لایه های نازك سنگ دائماً از مرز هسته با پوسته جبه به بالا جابه جا می شوند. چهل سال جست وجو پیرامون حقایق فعالیت های درونی زمین با استفاده از پیشرفته ترین ابزارهای ثبت ارتعاشات درونی باعث تقویت نظریه «موتور حرارتی زمین» شده است. با این حال، شدت مباحثات علمی پیرامون این نظریه هیچگاه فروكش نكرده است.
ثبت ارتعاشات درونی زمین با استفاده از ابزارهای پیشرفته امروزی آشكارا نشان می دهد كه مرز ۶۷۰ كیلومتری زمین یك «سد نفوذناپذیر» نیست. تخته سنگ های بزرگ به درون این مرز رسوخ می كنند، هر چند به دشواری. مدافعان نظریه «تقسیم زمین به لایه های مجزا» نیز مرز رسوخ ناپذیر مورد ادعای خویش را به عمق ۱۰۰۰ كیلومتری یا حتی بیشتر از آن انتقال داده و به درستی خودشان را با اكتشافات نوین تطبیق داده اند. بعضاً نیز این احتمال مطرح می شود كه شاید مرز انعطاف پذیر نیمه رسوخ پذیری وجود داشته باشد كه فقط سنگ ها یا تیغه های بسیار قوی قادرند به درون آن نفوذ كنند.
اكنون فناوری تصویربرداری ارتعاشات لرزه ای (Seismic imaging) همچنین به وجود دو توده بزرگ سنگ در لایه های پوسته ای تر در زیر قاره آفریقا و اقیانوس آرام اشاره می كنند. پژوهشگران با این عقیده مخالفند كه دمای این توده های پیستونی شكل از میانگین دمای پوسته بیشتر بوده و جرم حجمی آن نیز بیشتر باشد، ضمن اینكه آنها با فرض انتقال ناخواسته آنها به لایه های سطحی تر فقط به واسطه فشار جریانات پیرامونی نیز مخالفند.
لایه های نازك سنگ كه تا حدی ذوب شده اند سطوح پایینی جبه را پوشانده اند، اما هنوز معلوم نیست كه آیا تیغه های بسیار باریك نیز در این سطوح یافت می شوند یا خیر. متخصصان زمین شیمی كه مطالعه خواص درونی عناصر و ایزوتوپ های موجود در سنگ های مشتق از جبه را در دستور كار خود دارند نشانه های وجود پنج مخزن با عمر طولانی را یافته اند كه باید میلیاردها سال در برابر اختلاط سنگ ها در جبه مقاومت كرده باشند. اما آنها نشانه ای در دست ندارند كه این مخازن ممكن است در كجای جبه پنهان شده باشند.
چطور می توانیم از رازهای «ماشین سیاره ای زمین» كه به طور فزاینده ای نیز پیچیده تر می شوند پرده برداریم و مشخص سازیم كه چه عاملی باعث شده است تا این سیاره با وجود همه تحولات ریز و درشت درونی خود تا این اندازه قابل سكونت باشد؟ ظاهراً راهی جز تداوم پژوهش های قبلی و توسل جستن به عنصر شكیبایی وجود ندارد.
روی هم رفته، تكتونیك های صفحه ای از بیش از نیم قرن پیش مورد مطالعه دقیق قرار داشته اند، اما باید پذیرفت كه پژوهشگران اولیه به دلیل دسترسی به فناوری های ابتدایی تر مجبور بودند فقط لایه های سطحی تر دریاها و اقیانوس ها را مورد كنكاش قرار دهند. بهبود توانایی های بشر امروزی در سنجش ارتعاشات درونی زمین به موازات عرضه لرزه سنج های بسیار پیشرفته تر به بازار باعث شده است تا امیدواری ها نسبت به تداوم اكتشافات پیشین در عرصه تكتونیك صفحه ای تا حد زیادی افزایش پیدا كند.
داده های حاصل از این قبیل ابزارهای پیشرفته هم اكنون باعث بروز توانمندی های چشمگیری در تشخیص دما از آثار تركیبی نزد كارشناسان شده است.
افزایش توانمندی های فناوری پژوهشگران به ترسیم تصویر حتی پیچیده تری از ساختار جبه انجامیده است. فیزیكدان های فعال در حوزه مواد معدنی در برخی از معتبرترین آزمایشگاه های دنیا هم اینك در حال رمزگشایی خواص بیشتری از سنگ های موجود در اعماق مختلف جبه هستند تا به كمك اكتشافات جدید بتوانند تفسیر دقیق تری را از داده های حاصل از فعالیت های لرزه نگاری ارائه دهند.
البته، هنوز جزئیات فراوانی از تركیب ساختاری جبه ناشناخته باقی مانده و همین امر به مانعی بر سر راه پژوهشگران تبدیل شده است. كارشناسان، محققان و مدل سازان فعال در حوزه زمین شناسی قصد دارند تا در آینده با دقت بسیار بیشتری كل این ماشین (حرارتی) را شبیه سازی كنند. در صورت تحقق چنین فرضی یقیناً اطلاعات بیشتری در مورد ارتعاشات درونی زمین، فیزیك مواد معدنی و سایر ویژگی های مربوط به مشاهدات ژئوفیزیكی از قبیل تنوعات جاذبه ای حاصل خواهد شد. شاید ۴۰ سال دیگر برای تحقق چنین پیشرفتی لازم باشد. پس، امیدوارانه منتظر می مانیم.

مترجم: علی عبدالمحمدی

منبع : جزیره دانش