""اصطدام كبير"" شكّل القمر وترك آثارًا في أعماق الأرض

1 نوفمبر 2023

تصور فنان يبين الكوكب الأولي ثيا، على اليسار، وهو يصطدم بالأرض ليشكل القمر في النهاية، على اليمين، تاركًا كتلتين ضخمتين في وشاح الأرض منذ 4.5 مليار سنة. المصدر: هيرنان كانيلاس

كيف تشكل القمر؟ تقول النظرية المشهورة أنه منذ حوالي 4.5 مليار سنة، اصطدم كوكب أولي بحجم المريخ بالأرض. وتجمع بعض الحطام الناتج الذي ألقي في المدار لتكوين القمر.

وقد تشرح هذه الفكرة المعروفة باسم ""الاصطدام الكبير"" الكثير عن القمر. لكن العلماء لم يجدوا أدلة دامغة مثل حفرة أو قطع من الكوكب الأولي، المسمى ثيا.

وفي دراسة نشرت يوم الأربعاء في مجلة نيتشر، أكد الباحثون أن أجزاء من ثيا نجت من الاصطدام، لكنها كانت موجودة على الحدود بين الوشاح والنواة الأرضية، على عمق 1800 ميل تحت السطح.

قال تشيان يوان، باحث ما بعد الدكتوراه في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الذي قاد البحث: ""لقد نظرنا إلى أعماق الأرض، وقد عثرنا على قطع كبيرة من الاصطدام مع ثيا.""

وقد بدأ اهتمام الدكتور يوان خلال فصل دراسي في كيمياء الكواكب عندما كان طالب دراسات عليا في جامعة ولاية أريزونا. وأشار إلى أن الأستاذ سأل سؤالًا مباشرًا: ""أين ثيا الآن؟""

قال الدكتور يوان: ""لقد ألهمتني هذه الفكرة حقًا"".

يشكل جزء من كوكب ثيا القمر الآن. لكن إذا كان ثيا بحجم المريخ، فإن حوالي 90% من كتلته بقيت في الأرض. ومن المؤكد أن بعضًا من ذلك ذاب واختلط بمعادن الأرض. ولكن ربما ظلت بعض قطع الكوكب الأولي سليمة تقريبًا.

وتساءل الدكتور يوان عما إذا كانت هذه القطع هي التي تشكل هيكلين غامضين في أعماق الأرض، عند الحدود بين النواة والوشاح. وتمتد الكتلتان – واحدة تحت غرب أفريقيا، والأخرى تحت المحيط الهادئ – على مساحة كبيرة مثل مساحة قارة، وتمتد لأعلى مئات الأميال داخل الوشاح.

وقد تم رصدها لأول مرة منذ نصف قرن، عندما أدرك الباحثون أن الموجات الزلزالية – الاهتزاز الناتج عن الزلازل – تتباطأ عند مرورها عبر هذه المناطق. ومن الصعب معرفة الكثير عن الهياكل غير أنها موجودة. تشبه البيانات الزلزالية مخططًا صوتيًا للكوكب، حيث تقدم مناظر غامضة وانطباعية للهيكل. ولا  تبين هذه البيانات درجة الحرارة أو المادة المصنوعة منها تلك الهياكل. ومن المستحيل الحفر إلى هذا الحد داخل الكوكب لسحب عينات منها.

تُعرف الكتلة الموجودة أسفل غرب إفريقيا باسم توزو، نسبة إلى توزو ويلسون، عالم الجيوفيزياء الكندي والرائد في نظرية تكتونية الصفائح. أما الأخرى، الموجودة في أعماق المحيط الهادئ، فتدعى جيسون، نسبة إلى جيسون مورغان، الذي اقترح أن النقاط الساخنة نشأت من أعمدة من المواد ترتفع من الوشاح العميق.

اقترح بعض العلماء أن كتلتي توزو وجيسون ربما كانتا مصنوعتان من الأرض البدائية، كأجزاء متبلورة من محيط الصهارة الذي كان يغطي السطح الذي لم يختلط أبدًا مع بقية الوشاح. واعتقد آخرون أن الكتلتين يمكن أن تكون قطعًا من قشرة المحيط التي غاصت إلى الوشاح.

وأشار الدكتور يوان إلى أن حجم توزو وجيسون كان مشابهًا تقريبًا لحجم القمر، مما دفعه وزملائه إلى التساؤل عما إذا كان من الممكن أن يكونوا قطعًا إضافية من ثيا.

وفي الدراسة التي نشرت في مجلة نيتشر، أجروا سلسلة من عمليات المحاكاة الحاسوبية، إذ قاموا بتقسيم كوكب ثيا والأرض إلى قطع وتتبع حركة القطع أثناء الاصطدام وبعده. 

وجدت النماذج أنه عندما ضرب كوكب ثيا الأرض، أدى الاصطدام إلى إذابة القشرة والجزء الخارجي من وشاح الأرض، وخلطهما مع أجزاء من ثيا، فتشكل القمر من تلك السحابة من الحطام.

وقال الدكتور يوان إن عمليات المحاكاة أظهرت أيضًا أن أكثر من 10% من وشاح ثيا قد انتهى به الأمر مغروسًا في الوشاح العميق للأرض. ولأنه يُعتقد أن وشاح ثيا كان غنيًا بالحديد أكثر من الأرض، فمن الممكن أن تكون تلك الأجزاء الأكثر كثافة قد غرقت إلى حدود وشاح الأرض الأساسي. ثم اجتاح الحمل الحراري في الوشاح قطع ثيا إلى توزو وجيسون. (في عمليات المحاكاة، تم تشكيل هيكلين أو ثلاثة.)

وقال بول تاكلي، أستاذ الجيوفيزياء في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة: ""بالنسبة لي، فهذا أمر جديد ومثير للاهتمام"".

قال الدكتور تاكلي أيضًا إن عمليات المحاكاة قدمت فرضية مقنعة، ولكنها ليست دليلاً، وقال الدكتور يوان إنه لا يزال من الممكن أن تكون الكتلتان قد تشكلت من قشرة المحيط أو بقايا بدائية.

وقال الدكتور يوان: ""لا يمكن لدراستنا استبعاد الأسباب الأخرى"".

قد تحفز النتائج العلماء على النظر عن كثب في كيفية تأثير الاصطدام الكبير على حركة الحزام الناقل للقارات. فقد قال الدكتور يوان: ""ربما كان لها تأثيرات طويلة الأمد على التطور اللاحق للأرض"".

كينيث تشانغ، يعمل في صحيفة تايمز منذ عام 2000، ويكتب عن الفيزياء والجيولوجيا والكيمياء والكواكب. وقبل أن يصبح كاتبًا علميًا، كان طالبًا يدرس الدراسات العليا وكانت أبحاثه تتعلق بالتحكم في الفوضى.