"ما هو التراكم المبكر للأرض
كيف تم دعم فكرة التراكم المبكر لكوكب الأرض
ما هي آثار التأثيرات الكوكبية
ما المقصود بالتمايز الكوكبي القديم
ما هو التراكم المبكر للأرض؟

 

نظراً لأن الغاز الذي يتكون من السديم الشمسي وراء الشمس يبرد بمرور الوقت يُعتقد أن الحبيبات المعدنية قد تكثفت وتجمعت لتشكل أول مادة نيزكية، بالإضافة إلى ذلك كما هو مقترح من خلال العثور على تركيزات شاذة للنظائر في عدد قليل من النيازك تم دمج مادة صلبة من خارج النظام الشمسي على ما يبدو قبل تكوين الشمس، في بعض الأحيان في هذه الأجسام الصغيرة النامية.

 

توفر تركيزات النظائر التي تتحلل إشعاعياً والنظائر التي يتم إنتاجها بواسطة التحلل الإشعاعي للعلماء المعلومات المطلوبة لتحديد وقت تكون النيازك والكواكب، وعلى سبيل المثال تشير تركيزات الروبيديوم 87 والسترونتيوم 87 الذي يتحلل فيه أو تركيزات السماريوم 147 ومنتج اضمحلاله نيوديميوم 143 إلى أن أقدم النيازك تشكلت منذ حوالي 4.56 مليار سنة.

تُظهر دراسات نظيرية أخرى أن الأرض تشكلت على الأكثر خلال بضع عشرات الملايين من السنين بعد ولادة الشمس، والعناصر الأكثر وفرة في الشمس هي الهيدروجين والهيليوم، كما تفتقر بشدة إلى الكواكب الأرضية الداخلية، ولكنها لا تزال مكونات وفيرة للكواكب الخارجية الغازية الكبيرة مثل كوكب المشتري وزحل.

يُعتقد أنه فقط على مسافة كوكب المشتري وما وراءه (ذلك في المناطق الأكثر برودة من النظام الشمسي، بما في ذلك المنطقة الواقعة خارج نبتون التي نشأت فيها المذنبات أي في حزام كويبر أو سحابة أورت) يمكن أن تكون المواد الأكثر تطايراً هي التي تشمل أيضاً الماء وثاني أكسيد الكربون والأمونيا، حيث يتكثف ويحتفظ بكميات ملحوظة أثناء تكوين الكواكب.

ومع ذلك عند مقارنة الوفرة النسبية للعناصر الأقل تطايراً بالنسبة للشمس لفئة من النيازك البدائية إلى حد كبير غير متغيرة كيميائياً تسمى (CI chondrites) الكربونية، (يعتبرها العديد من الباحثين أكثر العينات الأصلية لمواد النظام الشمسي الأصلية)، والتكوين المقدر للأرض قيمه كلها في اتفاق وثيق، وهذا هو الأساس للنموذج الغضروفي الذي يؤكد أن الأرض (ومن المفترض أن الكواكب الأرضية الأخرى)، فقد تم بناؤها أساساً من أجسام مصنوعة من مثل هذه المواد النيزكية.

كيف تم دعم فكرة التراكم المبكر لكوكب الأرض؟

 

وقد تم دعم هذه الفكرة من خلال الدراسات النظيرية للصخور المستمدة من المناطق الداخلية للأرض، والتي تعتبر أنها لم تتغير كثيراً على مدار تاريخ الكوكب، وبالتالي يبدو أن تكوين الأرض هو تقريباً ما يمكن توقعه بالنظر إلى الوفرة الأولية المرصودة في الشمس وتفسير فقدان العناصر الأكثر تقلباً.

إن الغبار والحبيبات التي تكثفت من الغاز السديم المبرد تتجمع جاذبية لتشكيل شظايا أكبر من الصخور، والنيازك الغضروفية (مثل نيازك الكوندريت) التي لوحظت اليوم هي في الأساس مجرد مجموعات من الحبوب والشظايا، التي تم ضغطها معاً في قطع أكبر.

من خلال التراكم المستمر شكلت القطع الأصغر صخوراً وأجساماً بحجم الكويكبات (الكواكب الصغيرة)، وفي النهاية تكون أجساماً بحجم القمر والمريخ، وكلما كبرت الكواكب الصغيرة زادت جاذبيتها وزادت فاعلية اكتساح الجسيمات الإضافية وشظايا الصخور أثناء دورانها حول الشمس، وقد تباطأ النمو عندما كانت معظم الأجسام بحجم القمر والمريخ؛ لأنها كانت محدودة العدد وبالتالي عزلت بشكل فعال واحدة عن الأخرى في مداراتها.

ومع زيادة حجم كوكب المشتري إلى حجمه العملاق أزعجت جاذبيته القوية (أجنة) الكواكب الأرضية، مما أدى إلى إطالة مداراتها والسماح بنموها المتزايد إلى كتلة الأرض تقريباً على مدى عشرات الملايين من السنين.

إن النيازك الحجرية والنيازك الحديدية (تلك التي تتكون بشكل كبير من سبائك الحديد مع النيكل والكبريت) كلاهما يسقطان على الأرض اليوم، ويعتقد أن كلا النوعين كانا موجودين أثناء تكوين الكواكب الصغيرة التي من شأنها أن تتراكم لتصبح الأرض.

بعبارة أخرى يبدو أن الأرض قد تراكمت فقط بعد أن تكثفت معظم المواد الصلبة إن لم يكن كلها، وهكذا تم تضمين مجموعة واسعة من المعادن في الحبوب والأجزاء الأكبر وحتى الكواكب الصغيرة التي تراكمت بواسطة الكوكب المتنامي، على ما يبدو فإن مثل هذا التجمع من الشظايا المعدنية الكثيفة والأجزاء الصخرية الأقل كثافة ليس مستقراً للغاية.

تشير الحسابات المستندة إلى القوة المقاسة للصخور إلى أن الشظايا المعدنية ربما غرقت لأسفل مع نمو الأرض، على الرغم من أن الكوكب كان بارداً نسبياً في هذه المرحلة (أي أقل من 500 كلفن (440 درجة فهرنهايت 230 درجة مئوية) إلا أن الصخور كانت ضعيفة، وهذه نقطة مهمة؛ لأنها تؤدي إلى استنتاج مفاده أن اللب المعدني للأرض بدأ يتشكل أثناء تراكم الكوكب، وربما قبل نمو الكوكب إلى خُمس حجمه الحالي.

ما هي آثار التأثيرات الكوكبية؟

 

أثناء تراكم الكواكب يُعتقد أن الأرض تعرضت لصدمة بسبب تأثيرات الأجسام ذات الحجم النيزكي والكواكب الصغيرة، ففي حالة اصطدام النيزك يتركز التسخين بالقرب من السطح، حيث يحدث التأثير مما يسمح للحرارة بالانتشار مرة أخرى في الفضاء.

ومع ذلك يمكن أن يخترق كوكب الأرض بعمق كافي عند الاصطدام؛ لإنتاج تسخين جيد تحت السطح، بالإضافة إلى ذلك يمكن للحطام المتكون عند الاصطدام أن يغطي سطح الكوكب مما يساعد على الاحتفاظ بالحرارة داخل الكوكب، وقد اقترح بعض العلماء بهذه الطريقة أن الأرض قد تصبح ساخنة بدرجة كافية لبدء الذوبان بعد النمو إلى أقل من 15 في المائة من حجمها النهائي.

ومن بين الكواكب الصغيرة التي تصطدم بتكوين الأرض يُعتقد أن واحدة على الأقل كانت مماثلة في الحجم للمريخ، على الرغم من أن التفاصيل ليست مفهومة جيداً، إلا أن هناك دليلاً جيداً على أن تأثير مثل هذا الكواكب الكبيرة قد خلق القمر، ومن بين الدلائل الأكثر إقناعاً أن الوفرة النسبية للعديد من العناصر النادرة في صخور القمر قريبة من القيم التي تم الحصول عليها لغطاء الأرض، وما لم تكن هذه مصادفة فهذا يشير إلى أن القمر مشتق من الوشاح.

أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية أن الاصطدام الخفيف لجسم كوكبي بحجم المريخ، يمكن أن يكون كافياً للتنقيب من باطن الأرض عن المادة التي ستشكل القمر، فمن المهم معرفة أن هذه الأدلة تشير في مثل هذه الاصطدامات الكبيرة، إلا أن الأرض قد تم تسخينها بشكل فعال للغاية أثناء التراكم.

ومن الواضح إذن أن العديد من العمليات التي ساهمت في التطور المبكر للأرض حدثت في وقت واحد تقريباً، وفي غضون عشرات إلى مئات الملايين من السنين بعد تشكل الشمس تشكلت النيازك والأرض خلال هذا الوقت، ويبدو أن القمر الذي يرجع تاريخه إلى أكثر من أربعة مليارات سنة في العمر تشكل في نفس الفترة الزمنية.

وفي الوقت نفسه كان لب الأرض يتراكم وربما يكون قد تشكل بالكامل خلال فترة نمو الكوكب، بالإضافة إلى التسخين التراكمي المحتمل الناجم عن التأثيرات الكوكبية فإن غرق المعدن لتكوين اللب أطلق طاقة جاذبية كافية لتسخين الكوكب بأكمله بمقدار 1000 كلفن (1800 درجة فهرنهايت أي 1000 درجة مئوية) أو أكثر، وهكذا بمجرد أن بدأ تكوين اللب أصبح باطن الأرض ساخناً بدرجة كافية للحمل الحراري.

على الرغم من أنه من غير المعروف ما إذا كانت الصفائح التكتوني نشطة على السطح أو في أي شكل، يبدو من الممكن تماماً أن الحمل الحراري الأساسي بدأ حتى قبل أن ينمو الكوكب إلى أبعاده النهائية، وفي وقت لاحق فقط من تطور الأرض أصبح النشاط الإشعاعي مصدراً مهماً للحرارة أيضاً.

ما المقصود بالتمايز الكوكبي القديم؟

 

بمجرد أن يصبح باطن الأرض ساخناً يمكن أن يبدأ تطوره الكيميائي، فعلى سبيل المثال من المحتمل أن يكون إطلاق الغازات لجزء من المواد المتطايرة التي كانت محتجزة بكميات صغيرة داخل الكوكب المتراكم هو أول الغلاف الجوي، حيث بدأ إطلاق الغازات من الماء على سطح الأرض قبل 4.3 مليار سنة مضت، وهو الوقت الذي يعتمد على تحليل الزركون القديمة التي تظهر آثار التغيير بواسطة الماء السائل، وفي أعمق باطن الأرض أصبحت التفاعلات الكيميائية بين الوشاح واللب ممكنة، وربما كان أهم حدث لسطح الأرض، مع ذلك هو تكوين القشرة الأولى عن طريق الذوبان الجزئي للداخل.

حيث يسمى هذا الفصل الكيميائي بالذوبان الجزئي وإطلاق الغازات للمواد المتطايرة بالتمايز، فمع تمايز الأجزاء الداخلية ارتفعت السوائل الأقل كثافة من الذوبان نحو السطح وتتبلور لتشكل قشرة، كما أن هناك عدم يقين بشأن متى وكيف بدأت القشرة القارية في النمو؛ لأنه لم يتم العثور على الرقم القياسي لأول 600 مليون سنة، كما يعود تاريخ أقدم الصخور المعروفة إلى حوالي 4 مليارات سنة فقط نظراً لأن هذه الصخور متحولة؛ أي لأنها تغيرت بفعل الحرارة والضغط من صخور القشرة الأرضية الموجودة مسبقاً في وقت تأريخها، ويمكن الاستدلال على أن القشرة كانت موجودة في وقت سابق من تاريخ الأرض.

في الواقع تم تأريخ حبتين صغيرتين من الزركون من أستراليا بـ 4.28 مليار و 4.4 مليار سنة لكن علاقتهما بتكوين القشرة القارية غير مؤكدة، وعلى الرغم من عدم توفر أدلة مباشرة إلا أن الأدلة غير المباشرة المستمدة من تكوينات الصخور تشير إلى أن القشرة القارية تشكلت في وقت مبكر، وتشير التحليلات النظيرية إلى أن متوسط ??عمر القشرة القارية الحالية يبلغ حوالي 2.5 مليار سنة، وهكذا في جميع الاحتمالات تشكل الذوبان الجزئي المتكرر للوشاح العلوي صخوراً قشرية أكثر دقة تشبه القارة منذ ما قبل 4 مليارات سنة.

"