في أعماق الأرض، يعمل الوشاح كآلة غامضة لا تهدأ، تشعل النشاط البركاني، وتعيد تدوير القشرة، وتنظم تطور الكوكب على المدى الطويل. ولكن إحدى خصائصه الأكثر غموضًا – وهي حالة الأكسدة والاختزال – تظل صعبة القياس بشكل مباشر. في دراسة جديدة قادها يعيل كيمبي وياعقوب فايس من معهد علوم الأرض في الجامعة العبرية، تم الكشف عن لمحة نادرة لهذه العمليات العميقة، والتي تم التقاطها داخل الشوائب النانوية والميكروية في الألماس من منجم فورسبود في جنوب إفريقيا.
اكتشاف نادر في الأعماق
على مدى عقود، اقترحت النماذج والتجارب عالية الضغط أن السبائك المعدنية الغنية بالنيكل يجب أن تستقر في الوشاح على أعماق تتراوح بين 250-300 كم. ومع ذلك، كانت العينات الطبيعية التي تؤكد هذه التوقعات نادرة للغاية.
بالتعاون مع زملاء من جامعة نيفادا وجامعة كامبريدج ومركز النانو في الجامعة العبرية، حدد فريق فايس الآن شوائب نانوية معدنية من النيكل والحديد وشوائب ميكروية كربونية غنية بالنيكل محفوظة داخل الألماس الذي تكون بين 280-470 كم تحت سطح الأرض. هذه الشوائب تمثل الدليل المباشر الأول على وجود سبائك غنية بالنيكل في العمق المتوقع – وهو تأكيد طال انتظاره لنماذج الأكسدة والاختزال في الوشاح.
كما يتضمن حمل الألماس المعدني أيضًا الكوزيت، وطورًا غنيا بالألومنيوم والبوتاسيوم، وشوائب نيتروجينية صلبة جزيئية، مما يوفر علامات ضغط متعددة تقيد أصلها إلى الوشاح العميق العلوي ومنطقة الانتقال الضحلة.
لقطات أكسدة واختزال مجمدة في الكربون
تتجاوز أهمية الاكتشاف التأكيد البسيط للنماذج النظرية. إن التعايش بين سبيكة النيكل والحديد والكربونات الغنية بالنيكل يشير إلى تفاعل تجميد أكسدة واختزال ميتاسوماتي – تفاعل ديناميكي حيث تم اختراق صهارة كربونيتية سيليكاتية مؤكسدة بيريدوتيت حاملة للمعادن مختزلة.
في هذه البيئة، قاد أكسدة الحديد التفضيلية بالنسبة للنيكل إلى إثراء السبيكة المتبقية بالنيكل. وفي الوقت نفسه، تبلورت الكربونات الغنية بالنيكل والألماس من الصهارة. في الواقع، جمد الألماس لحظة جيوكيميائية عابرة: تحويل صخرة الوشاح المختزلة إلى مجال أكثر تأكسدًا وغني بالمواد المتطايرة وتقليل الكربونات لتكوين الألماس.
يقول فايس: “هذه لقطة نادرة لكيمياء الوشاح في العمل. الألماس يعمل ككبسولات زمنية صغيرة، يحافظ على تفاعل كان سيختفي لولا ذلك عندما تعيد المعادن التوازن مع بيئتها”.
آثار على ديناميكيات الوشاح والنشاط الماغماتي
تحمل هذه النتائج آثارًا واسعة. إذا كانت التفاعلات الميتاسوماتية المحلية تؤكسد بشكل دوري أجزاء صغيرة من الوشاح، فقد تساعد في تفسير سبب تسجيل بعض الشوائب في الألماس العميق بشكل غير متوقع لظروف مؤكسدة عالية.
تسلط مثل هذه العمليات الضوء أيضًا على أصول الماغما الغنية بالمواد المتطايرة. قد يؤدي إثراء البيريدوتيت في الوشاح بالكربونات والبوتاسيوم والعناصر غير القابلة للتوافق خلال أحداث الأكسدة هذه إلى تهيئة الوشاح لتشكيل الكيمبرلايت واللامبروفاير وبعض البازلتات الجزرية المحيطية لاحقًا. بعبارة أخرى، تشير الشوائب الصغيرة في ألماس فورسبود إلى روابط واسعة النطاق بين الغمر وديناميكيات الأكسدة والاختزال في الوشاح وتولد الماغما التي تشكل القارات وتجلب الألماس إلى السطح.
الألماس كشاهد على الوشاح
تؤكد الدراسة على القيمة العلمية للألماس كأكثر من مجرد أحجار كريمة. تقدم شوائبه – سواء كانت سبائك نانوية أو معادن عالية الضغط – أحد السجلات الطبيعية القليلة للظروف على بعد مئات الكيلومترات تحت أقدامنا.
عمل كيمبي وفايس يمثل علامة فارقة: التأكيد الطبيعي الأول لسبائك غنية بالنيكل في أعماق الوشاح المتوقعة نظريًا، وتوضيح حيوي لكيفية تطور مشهد الأكسدة والاختزال في أعماق الأرض من خلال تفاعل الصهارة والصخور.
الخاتمة
مع استمرار الباحثين في استكشاف هذه الكبسولات الزمنية المعدنية، قد نجد أن الألماس، الذي كان يومًا ما رمزًا للدوام، هو أيضًا راوي للتغيير – يشهد على كيمياء الوشاح الخفية والعمليات التي تستمر في تشكيل كوكبنا الديناميكي.