* دانشمندان ردِ کربن را در شیشه های آتشفشانی که فضانوردان آپولو از ماه به زمین آورده بودند شناسایی کرده اند. این یافته نه تنها می تواند نیروی پشت فوران های "چشمه ی آتش" در روزگار باستان ماه را توضیح دهد، بلکه می تواند نشان دهد که برخی از عنصرهای گریزا (فرّار) روی ماه و زمین دارای یک ریشه ی مشترکند.
 |
این فوران چشمه ی آتش در ایسلند همانند آن هاییست که اندکی پس از شکل گیری ماه، روی آن پدید آمدند. بر روی زمین، نیروی این فوران ها توسط آب و دی اکسید کربن تامین می شود ولی پژوهش تازه نشان می دهد چیزی که به این فوران ها روی ماه می انجامیده، مونوکسید کربن بوده است. |
دانه های کوچکی از
شیشه ی آتشفشانی که فضانوردان آپولوها روی سطح ماه پیدا کرده بودند نشانه ی اینست که فوران های همراه با چشمه ی آتش بر روی سطح ماه رخ می داده. اکنون دانشمندان
دانشگاه براون و
بنیاد دانش کارنگی، گاز گریزایی (فرّاری) که چنین چشمه های آتشینی را روی ماه پدید می آورده شناسایی کرده اند.
چشمه های آتش، گونه ای فوران که اغلب در
هاوایی و
ایسلند رخ می دهد، برای شکل گیری نیاز به این دارند که
گدازه های آتشفشانی با مواد
گریزا (فرّار) آمیخته باشند. هنگامی که گدازه ها از ژرفای زیر سطح بیرون می زندد، مواد گریزایی که با آن ها آمیخته شده تبدیل به گاز می شود. آزاد شدن و گسترش این گاز باعث می شود گدازه ها همین که به سطح رسیدند به هوا پرتاب شوند، تا اندازه ای مانند برداشتن در یک بطری نوشابه ی گازدار که تکانش داده باشیم.
آلبرتو سال، استادیار علوم زمین، محیط زیست، و سیاره ها در دانشگاه براون و نویسنده ی این پژوهش می گوید: «تا سال ها پرسش این بود که چه گازی با آزاد شدنش، باعث پیدایش این گونه فوران ها روی ماه می شده. این گاز [هر چه بوده] اکنون پریده است، از همین رو شناساییاش تاکنون آسان نبوده.»
بر پایه ی این پژوهش که در نشریه ی
نیچر جئوساینس منتشر شده، گدازه هایی که همراه با چشمه های آتشین ماه بوده اند مقادیر چشمگیری
کربن در بر داشته اند. این گدازه ها هنگامی که از ژرفای ماه بالا می آمدند، کربن درونشان با
اکسیژن ترکیب شده و مقادیر بسیاری گاز
مونوکسید کربن (CO) می ساخت. همین CO مسئول چشمه های آتشی بود که باعث پخش شدن شیشه های آتشفشانی بر روی بخش هایی از سطح ماه شده.
دانشمندان تا سال ها بر این باور بودند که ماه تهی از گازهای گریزایی مانند
هیدروژن و کربن است. ولی در حدود یک دهه ی پیش، برای نخستین بار به طور قطعی مواد گریزایی در نمونه های ماه شناسایی شد. در سال ۲۰۰۸، سال و همکارانش مولکول های آب را در دانه های آتشفشانی ماه شناسایی کردند و در پی آن هم توانستند
گوگرد،
کلر، و
فلوئور را نیز بیابند. با آن که دیگر روشن شده بود که ماه بر خلاف پنداشت های گذشته، کاملا تهی از مواد گریزا نیست، ولی هیچ یک از مواد گریزایی که یافته شده بود با فوران های چشمه ی آتشین همخوانی نداشتند. برای نمونه، اگر نیروی رانش فوران، آب بود، پس می بایست شناسه های کانیشناختی آب در نمونه هایی که به زمین آورده شده بود دیده می شد، ولی چنین چیزی در کار نبود.
 |
تکه شیشه های ریز و گرد آتشفشانی که فضانوردان آپولو ۱۵ با خود آورده بودن. منبع عکس |
در این پژوهش، سال و همکارانش دانه های شیشه ای که فضانوردان
آپولو ۱۵ و
آپولو ۱۷ به زمین آورده بودند را به دقت بررسی و تجزیه کردند. آن ها به ویژه نمونه هایی را بررسی کردند که دارای "اجزای تفتالی" بودند یعنی مواد مذابی که درونشان جای گرفته بود یا به بیان دقیق تر، تکه هایی از
تفتال (ماگما) که درون بلورهای
اُلیوین به دام افتاده بود. این بلورها گازهایی که در تفتال وجود داشت را پیش از آن که بتوانند بگریزند به دام انداخته بودند.
اگرچه مواد گریزای دیگری هم در گذشته در شیشه های آتشفشانی ماه و اجزای تفتالی آن ها شناسایی شده بود، ولی به دلیل محدودیت های بالا برای ردیابی در تکنیک های تحلیلی آن زمان، کربن را نتوانسته بودند بیابند.
اریک هاری از بنیاد دانش کارنگی یک شیوه ی کاوش یونی سطح بالا و بسیار دقیق پدید آورد که محدوده ی شناسایی کربن را تا
مرتبه ی بزرگی دو (یک صدم) کاهش می داد. با این روش، سنجش اندازه هایی به کوچکی ۰.۱ جزء در میلیون امکان پذیر شد.
هاری می گوید: «دستیابی به این هدف بزرگ بستگی به توانمندی کاوشگر یونی نانوسیمس (
NanoSIMS) بنیاد کارنگی داشت که می توانست مقادیر بیاندازه کم کربن را در اجسامی که قطرشان به اندازه ی موی انسان بود اندازه بگیرد. این به راستی یک دستاورد چشمگیر هم از نظر علمی و هم از نظر فنی است.»
پژوهشگران این اجزای تفتالی را با بهره از
طیف سنج جرم یون دومینه (ثانویه) یا سیمس (SIMS) بررسی کردند. آن ها برآورد کردند که کربن درون نمونه ها در آغاز ۴۴ تا ۶۴ جزء در میلیون بوده. پژوهشگران با شناسایی کربن، یک مدل نظری برای چگونگی گریز گازها از تفتال ماه در ژرفاها و فشارهای گوناگون طراحی کردند و
واسنجی (کالیبراسیون) آن را از روی نتایج آزمون های پرفشار آزمایشگاهی انجام دادند. این مدل مدت ها بود که برای نمونه های خود زمین به کار می رفت. سال و همکارانش چندین پارامتر را برای همخوانی با همنهش (ترکیب) و شرایط موثر بر تفتال های ماه تغییر دادند.
این مدل نشان داد که کربن با ترکیب شدن با اکسیژن و ساختن گاز CO، پیش از دیگر مواد گریزا به گاز تبدیل شده و گریخته بوده.
سال می گوید: «بیشتر کربن در ژرفای زیر سطح آزاد می شد. مواد گریزای دیگر مانند هیدروژن بعدتر آزاد شدند، زمانی که تفتال بسیار به سطح نزدیک تر شده بود و گدازه ها دیگر به گویچه های کوچک تقسیم شده بودند. این نشان می دهد که کربن داشته در همان گام های آغازی این فرایند چشمه ی آتش را به راه می انداخته.»
به گفته ی پژوهشگران، این یافته افزون بر آن که یک پاسخ احتمالی به پرسش درازمدت درباره ی چشمه های آتش ماه ارایه می کند، شواهد بیشتری نیز در این باره به ما می دهد که برخی از مواد گریزا در اندرون ماه دارای ریشه ی مشترکی با ذخیره های مواد گریزای زمین هستند.
 |
اجزای تفتالی تکه های ریزی از تفتال (ماگما) است که درون بلورهای زبرجد (اولیوین) جای گرفته. این بلورها عنصرهای گریزایی را در خود به دام انداخته اند که اگر تفتال به دام نمی افتاد، می توانستند از آن بگریزند. پژوهشگران نشان داده اند که اجزای تفتالی درون شیشه های آتشفشانی ماه دارای کربن هستند و به این نتیجه رسیدند که به احتمال بسیار، کربن به حالت گازی باعث پدید آمدن همان "چشمه های آتشی" شده بوده که با فورانشان، شیشه های آتشفشانی را بر بخش هایی از ماه پاشیده بودند. |
مقدار کربن دیده شده در اجزای تفتالی درون بلورهای ماه بسیار همسان با مقدار کربنی بود که در
بازالت های فوران شده در
پشته های میان-اقیانوسی زمین دیده شده. سال و همکارانش در گذشته نشان داده بودند که غلظت آب و مواد گریزای زمین و ماه یکسان است. آن ها همچنین نشان داده اند که نسبت
ایزوتوپ هیدروژن در نمونه های ماه همسان با این نسبت در زمین است.
اگر ذخیره های مواد گریزای زمین و ماه به راستی یک سرچشمه ی مشترک داشته باشند، این می تواند به ما در شناخت ریشه ی ماه کمک کند. به باور دانشمندان، ماه هنگامی پدید آمد که زمین در آغاز زندگیاش با یک جرم به اندازه ی
بهرام برخورد کرد و با به هم پیوستن آوارهایی که از این برخورد در فضای پیرامون زمین پخش شده بود، کره ی ماه ساخته شد.
سال می گوید: «شواهد مواد گریزا نشان می دهد که یا بخشی از مواد گریزای زمین از آن برخورد سالم ماند و به موادی که ماه را ساختند پیوست، یا این که مواد گریزا در یک زمان، از یک سرچشمه ی مشترک وارد زمین و ماه شد؛، سرچشمه ای که می توانسته بمبارانی از
شهاب سنگ های آغازین بوده باشد.»
واژه نامه:
volcanic glass - Apollo - fire fountain - Moon - Brown University - Carnegie Institution for Science - volatile - Hawai - lava - soda - Alberto Saal - Nature Geoscience - carbon. - oxygen - carbon monoxide - CO - hydrogen - water - sulfur - chlorine - fluorine - mineralogical - Earth - Apollo 15 - Apollo 17 - magma - crystal - olivine - Erik Hauri - orders of magnitude - NanoSIMS - ion probe - secondary ion mass spectroscopy - globule - basalt - mid-ocean ridge - isotope - Mars - meteorite -