راز عجیب آتشفشان تولیدکننده بیشتر الماس‌های جهان

زومیت: بیشتر الماس‌های جهان از آتشفشان‌های نادری به نام کیمبرلیت می‌آیند؛ پژوهشی تازه نشان می‌دهد راز این فوران در ترکیب آب و دی‌اکسیدکربن نهفته است.

اغلب الماس‌هایی که می‌بینیم، از دل سنگی به نام کیمبرلیت بیرون آمده‌اند. درواقع، بیش از ۷۰ درصد از الماس‌های طبیعی جهان از همین نوع سنگ‌های آتشفشانی به دست می‌آیند. با وجود دهه‌ها تحقیق، دانشمندان هنوز در تلاش‌اند بفهمند این سنگ‌ها چگونه از اعماق بسیار زیاد زمین به سطح می‌رسند.

کیمبرلیت‌ها لوله‌هایی آتشفشانی‌اند که شکلی شبیه هویج دارند و از عمق بیش از ۱۵۰ کیلومتری زمین شکل می‌گیرند. این سنگ‌ها برای زمین‌شناسان بسیار ارزشمندند، چون پنجره‌ای نادر به درون اعماق سیاره‌ی ما باز می‌کنند. ماگمایی که کیمبرلیت را می‌سازد با سرعتی باورنکردنی (تا حدود ۱۳۰ کیلومتر در ساعت) از گوشته‌ی زمین به سمت بالا حرکت می‌کند و در مسیر خود تکه‌هایی از سنگ و کانی‌ها را با خود به بالا می‌آورد. آنا آنزولوویچ، پژوهشگر دکتری در دانشگاه اسلو می‌گوید: «کیمبرلیت‌ها سنگ‌هایی هستند که هرچند مطالعات زیادی درباره آنها انجام شده است، هنوز هم برای ما پر از رمز و راز‌اند.»

شبیه‌سازی نیروی پشت فوران

آنزولوویچ و تیمش با استفاده از مدل‌سازی رایانه‌ای، گامی مهم در حل این معما برداشته‌اند. آن‌ها بررسی کردند که چگونه گازهایی مانند دی‌اکسیدکربن (CO₂) و آب (H₂O) باعث می‌شوند ماگمای اولیه‌ی کیمبرلیت سبک‌تر شده و بتواند به سمت بالا حرکت کند. نتایج این پژوهش برای نخستین بار شرایط دقیق لازم برای فوران یک کیمبرلیت را مشخص کرده است.

الماس‌ها به این دلیل سالم به سطح زمین می‌رسند که ماگمای کیمبرلیت بسیار سریع بالا می‌آید و فرصت تبدیل شدن آن‌ها به گرافیت (شکل پایدارتر کربن در فشار کم) را نمی‌دهد. اما ترکیب اولیه‌ی این ماگما و دلیل سرعت بالای حرکتش تاکنون نامشخص مانده بود. آنزولوویچ می‌گوید: «نمی‌توانیم ترکیب اولیه‌ی این ماگما را مستقیماً اندازه بگیریم. فقط می‌توانیم حدس بزنیم، چون نمونه‌هایی که روی سطح پیدا می‌کنیم، بسیار تغییر یافته‌اند.»

شبیه‌سازی اعماق زمین

برای بررسی این موضوع، پژوهشگران روی کیمبرلیت معروف جریکو (Jericho) در شمال غربی کانادا کار کردند. آن‌ها ترکیب‌های مختلفی از آب و دی‌اکسیدکربن را در مدل‌های شیمیایی شبیه‌سازی کردند تا ببینند کدام حالت‌ها به فوران منجر می‌شوند. آنزولوویچ توضیح می‌دهد: «به کمک مدلسازی کامپیوتری کیمبرلیتی فرضی ساختیم و دیدیم در فشار و دمای مختلف، اگر مقدار CO₂ یا H₂O را تغییر دهیم، چه اتفاقی می‌افتد.»

پژوهشگران با استفاده از نرم‌افزارهای دینامیک مولکولی، حرکت اتم‌ها و تغییر چگالی ماگما را در اعماق مختلف زمین محاسبه کردند. نتایج نشان داد که وجود مقدار کافی دی‌اکسیدکربن نقش حیاتی در فوران دارد. بدون آن، ماگما چگال‌تر از سنگ‌های اطراف می‌شود و نمی‌تواند بالا بیاید. آنزولوویچ توضیح می‌دهد: «متوجه شدیم کیمبرلیت جریکو برای اینکه بتواند از میان پوسته‌ی قاره‌ای کانادا بالا بیاید، باید حداقل ۸٫۲ درصد CO₂ داشته باشد. اگر کمتر از این مقدار باشد، اصلاً فورانی رخ نمی‌دهد و الماس‌ها در اعماق زمین باقی می‌مانند.»

پژوهش همچنین نشان داد که آب و دی‌اکسیدکربن نقش‌های متفاوتی دارند:

• آب باعث می‌شود ماگما روان‌تر و سیال‌تر شود.
• دی‌اکسیدکربن در اعماق، ساختار ماگما را پایدار نگه می‌دارد، اما در نزدیکی سطح از آن جدا می‌شود و نیروی لازم برای فوران را ایجاد می‌کند.

آنزولوویچ در پایان می‌گوید: «برایم جالب بود که دیدم افزودن یا حذف مقدار کمی کربن در مدل، می‌تواند تعیین کند آیا فوران رخ می‌دهد یا نه. این مشاهدات نشان می‌دهد مدل‌سازی شیمیایی کیمبرلیت می‌تواند به فهم فرآیندهای عظیم زمین‌شناسی کمک کند.»