دانشمندان دریافته‌اند که الماس‌ها چگونه به سطح زمین راه پیدا می‌کنند

الماس‌ها که تحت دما و فشار شدید در عمق بیش از ۱۵۰ کیلومتری گوشته زمین ساخته می‌شوند، سوار بر جریانی همچون موشک به سطح زمین می‌رسند: لوله‌های باریک ماگما که کیمبرلیت نامیده می‌شوند و می‌توانند با سرعت صوت فوران کنند.

عجیب اینکه بیشتر لوله‌های کیمبرلیت در فضای داخلی آرام و باستانی قاره‌ها یافت می‌شوند. آن‌ها از محلی که بیشتر فوران‌های دیگر در آن رخ می‌دهند، فاصله زیادی دارند: در لبه‌های صفحات تکتونیکی و نزدیک ستون‌های گوشته‌ای (بالاآمدگی‌های وسیعی که کانون‌های آتشفشانی مانند هاوایی یا یلواستون را تشکیل می‌دهند).

توماس گرنون، زمین‌شناس از دانشگاه ساوتهمپتون می‌پرسد: «آن‌ها چگونه به سطح زمین رسیده‌اند؟ معمایی بود که کسی توضیح خوبی برای آن نداشت.»

اکنون به‌گزارش ساینس‌نیوز، گرنون و همکارانش بر این باورند که توضیح خوبی برای پدیده مذکور پیدا کرده‌اند. آن‌ها می‌گویند زمان‌بندی و مکان فوران‌های الماس‌آور نشان می‌دهد آن‌ها پیامد تجزیه‌ی ابرقاره‌ها هستند که موجب تلاطم‌های چرخشی در سنگ‌های خمیری گوشته می‌شود.

پژوهشگران می‌گویند این بالاآمدگی‌ها به آرامی زیر قاره‌ها موج می‌زنند و صدها کیلومتر را در طول میلیون‌ها سال طی می‌کنند و گاهی موجب فوران کیمبرلیت می‌شوند. گرنون می‌گوید: «به‌نظر می‌رسد کیمبرلیت‌ها به ریتم ابرقاره‌ها واکنش نشان می‌دهند.»

فولارین کولاول، زمین‌شناس دانشگاه کالیفرنیا که در مطالعه شرکت نداشت، می‌گوید یافته‌ها که اخیرا در مجله نیچر منتشر شده است، درباره چیزی فراتر از الماس و کیمبرلیت‌ها است. این مطالعه نشان می‌دهد فعالیت تکتونیکی در نزدیکی سطح زمین می‌تواند تاثیر گسترده‌ای بر رفتار گوشته داشته باشد. یافته‌ها همچنین نشان می دهند این امواج زیرزمینی، حاشیه قاره‌های تازه تقسیم‌شده را به مدت بسیار طولانی ازنظر آتشفشانی فعال نگه می‌دارند.

کیمبرلیت که نام آن برگرفته از معدنی در کیمبرلی آفریقای جنوبی است که اواخر دهه ۱۸۰۰ بیشتر الماس‌های جهان را تولید می‌کرد، زمانی تشکیل می‌شود که سنگ‌های گوشته به ماگمای متراکم غنی از منیزیم، آب و دی‌اکسیدکربن تبدیل می‌شوند. دی‌اکسیدکربن و آب حباب‌هایی از گاز را ایجاد می‌کنند که ستون باریکی از ماگما را به سمت سطح می‌برد. در عمق، لوله‌ها فقط چند متر عرض دارند، اما وقتی به شکل مخروط‌های هویج‌مانند فوران می‌کنند، دهانه‌هایی به عرض صدها متر برجای می‌گذارند.

در طول راه، ماگما مواردی ازجمله الماس‌ها را از گوشته بالایی و پوسته قاره‌ای با خود بالا می‌آورد که حاوی سرنخ‌های زیادی درمورد رفتار اعماق زمین هستند. کلی راسل از دانشگاه بریتیش کلمبیا می‌گوید: « اگر کیمبرلیت‌ها نبودند، عنصری از تاریخ زمین را از دست می‌دادیم.»

اگرچه زمین با هزاران لوله کیمبرلیت شناخته‌شده پر شده است که بیشتر آن‌ها صدها میلیون سال قدمت دارند، در تاریخ ثبت‌شده توسط بشر هیچ یک از آن‌ها فوران نکرده است.

در طول خانه‌نشینی‌های کووید ۱۹، گرنون دوباره به این سوال فکر می‌کرد که چرا این فوران‌ها فقط در کراتون‌ها، یعنی فضای درونی سرد و قدیمی قاره‌ها رخ می‌دهند.

برخی از پژوهشگران بر این باور بودند که ستون‌های گوشته‌ای می‌توانند منبع باشند، اما بسیاری از ذخایر کیمبرلیت با نقاط تجمع ستون‌های گوشته‌ای مطابقت ندارند. علاوه‌براین، تجزیه‌وتحلیل ژئوشیمیایی ایزوتوپ‌ها در سنگ‌های ستون گوشته‌ای نشان می‌دهد که آن‌ها از گوشته پایینی منشا می‌گیرند، درحالی‌که تجزیه‌و‌تحلیل اخیر کیمبرلیت‌ها به منشا کم‌عمق‌تری اشاره می‌کند.

گرنون و همکارانش متوجه شدند زمان‌بندی فوران‌های کیمبرلیت با رویدادهای برجسته تکتونیک صفحه‌ای مطابقت دارد. آن‌ها حرکت صفحات قاره‌ای را در طول ۵۰۰ میلیون سال گذشته بازسازی کردند و میزان شکافته‌شدن قاره‌ها را با رویدادهای تشکیل کیمبرلیت مقایسه کردند. تجزیه‌و‌تحلیل نشان داد که فوران کیمبرلیت‌ها به‌طور متوسط ۲۶ میلیون سال پس از تجزیه قاره به اوج خود می‌رسد.

گروه پژوهشی سپس روی تاریخچه زمین‌شناسی ذخایر کیمبرلیت در جنوب آفریقا و آمریکای جنوبی که پس از شکستن ابرقاره گندوانا در ۱۲۰ میلیون سال پیش تشکیل شده بود و همچنین ذخایری که پس از شکسته‌شدن اولیه پانگه‌آ در آمریکای شمالی ایجاد شده بودند، تمرکز کردند. فوران‌های کیمبرلیت در طول زمان با فاصله دورتری از شکاف ظاهر می‌شدند و هر یک میلیون سال، خوشه‌ها حدود ۲۰ کیلومتر جا‌به‌جا می‌شدند.

گرنون و همکارانش فکر می‌کنند علت جا‌به‌جایی‌های مذکور را می‌دانند. همان‌طور که قاره‌ها از هم جدا می‌شوند و سنگ‌های داغ گوشته بیرون می‌آیند تا شکاف را پر کنند، اما پس از برخورد با کناره‌های سرد قاره‌ها سرد می‌شوند، فرو می‌روند و الگوهای جا‌به‌جایی چرخشی ایجاد می‌کنند.

مدل‌سازی کامپیوتری نشان می‌دهد این جریان‌های گرداب‌شکل در امتداد پایه‌ی قاره‌ها حرکت می‌کنند، بخش نرم پایین خود را از دست می‌دهند و ترکیب سنگی مناسبی برای تولید کیمبرلیت ایجاد می‌کنند. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد این امواج با سرعتی مطابق با سرعت گسترش کیمبرلیت‌ها حرکت می‌کنند: حدود یک میلیونیم سرعت حلزون.

این همچنین ادعایی بزرگ است، زیرا امواج قدرتمند حدود ۴۰ کیلومتر سنگ را از پایه قاره‌ها جدا می‌کنند، اما به‌نظر می‌رسد برخی شواهد دیگر نیز آن را تایید می‌کند. به‌عنوان مثال، علاوه بر اینکه، کیمبرلیت‌ها در طول زمان از شکاف‌ها دور می‌شوند، ترکیب ایزوتوپی آن‌ها نیز تغییر می‌کند و درحالی‌که در ابتدا ترکیبی شبیه ترکیب گوشته-پوسته دارند، با از بین رفتن موج، ترکیب یکنواخت‌تری شبیه ترکیب گوشته بالایی به دست می‌آورند.

برای مثال، در کراتون کاپوال در جنوب آفریقا، تقریبا همزمان با فوران‌های کیمبرلیت چند کیلومتر بالاآمدگی در قاره اتفاق افتاده است. این بالا آمدگی نشان می‌دهد در آن زمان موجی در زیر قاره وجود داشته است و پایه قاره را خالی کرده است و به آن اجازه داده است مانند بالن هوای گرم کیسه شنی خود را بیندازد. گرنون می‌گوید: «درمجموع، شواهد واقعا قانع‌کننده هستند.»

کارن اسمیت، ژئوشیمی‌دان دانشگاه ویتواترزرند آفریقای جنوبی با اشاره به نویزی بودن داده‌ها و تفاوت تغییرات زمین در مناطق مختلف می‌گوید: «مدل منطقی به‌نظر می‌رسد. فقط نمی‌دانم آیا این همبستگی در سطح جهانی هم وجود دارد یا نه.»

کولاول می‌گوید این مطالعه احتمالا مشوق پژوهش‌های بیشتر در نواحی مانند خلیج کالیفرنیا یا دریای سرخ می‌شود. در آن‌جا شکاف اولیه‌ای ممکن است درحال ایجاد امواجی در اعماق زمین باشد که مشاهدات لرزه‌ای می‌تواند آن‌ را آشکار کند. او اضافه می‌کند، این نظریه ممکن است برخی از ذخایر آتشفشانی را توضیح دهد که قبلا به ستون‌های گوشته‌ای نسبت داده می‌شد.

گرنون می‌گوید بیشترین علاقه به مطالعه ممکن است از سوی معدنچیان الماس باشد، چرا که ممکن است بتواند به پیش‌بینی محل کیمبرلیت‌های کشف‌نشده و بنابراین مکان الماس‌ها کمک کند.