من أين جاءت المياه على كوكب الأرض ؟ ربما كان هذا أحد أكبر الأسئلة التي شغلت تفكير العلماء لكن اكتشاف محيط من المياه في باطن الأرض قد يجعل الإجابة على هذا السؤال أقرب.
تميز كوكب الأرض عن بقية الكواكب بسبب هذه الكمية الهائلة من المياه السائلة التي تتواجد فيه، أو – لنكون أكثر تحديدًا – على سطحه. وما درسناه جميعًا في مراحل التعليم المختلفة هو أن الماء يغطي ثلثي حجم الكوكب، وهو ما جعل بعضنا يظن أن غالبية مكونات كوكب الأرض عبارة عن ماء.
لكن الحقيقة هي أن هذه الكمية الهائلة للمياه المتواجدة في البحار والمحيطات، تنتشر بشكل كبير على القشرة الأرضية فقط، أي تلك الطبقة الرقيقة من كوكب الأرض، بينما الغالبية العظمى لمكونات كوكب الأرض هي مواد صلبة، سواء جامدة أو منصهرة بفعل الحرارة.
يمثل حجم الماء على كوكب الأرض حوالي 1.386 مليار كيلومتر مكعب، بينما يبلغ حجم الكوكب 260 مليار كيلومتر مكعب، وبالتالي لا وجه للمقارنة.
يمكنك تخيل الأمر مثل البالونة التي قمت بنفخها، ثم دهنتها من الخارج باللون الأزرق، ما عدا رقعة صغيرة تركتها باللون البني. ظاهريًا ستقول إن البالونة تتكون في معظمها باللون الأزرق، لكن الحقيقة أن البالونة تتكون في معظمها من الهواء.
محيط في باطن الأرض
لكن حديثنا هنا ليس عن الماء الموجود على سطح الكوكب، بل كمية المياه الهائلة التي تتواجد في باطن الأرض، وهي أكبر من كل تلك المياه التي تتواجد على سطحه. نعم، لا تستغرب، فبعيدًا عن المياه الجوفية، يحتوي كوكب الأرض على محيط هائل من الماء في باطنه.
عام 2014 اكتشف باحثون وجود خزان للمياه في عمق كوكب الأرض، يساوي حجمه ثلاث أضعاف حجم جميع المحيطات الموجودة على السطح. هذا الماء كان مخفيًّا داخل صخرة زرقاء تسمى «رينجوودايت (Ringwoodite)»، تقع على بعد 700 كيلومتر تحت الأرض في طبقة الوشاح، وهي طبقة من الصخور الساخنة بين سطح الأرض ولبها.
وبشكل عام، تنقسم طبقات الأرض لأربعة أجزاء هي: القشرة الصلبة والتي تمثل الطبقة الأقل سمكًا وتمتد لمسافة بين خمسة و70 كيلومتر، وهي التي نعيش عليها. يليها الوشاح الذي يمتد مسافة 2890 كيلو مترًا، مما يجعله الطبقة الأكثر سمكًا بين طبقات الأرض، ويشكل حوالي 84% من حجم الأرض.
بعد ذلك تأتي النواة التي تنقسم إلى طبقتين، النواة الخارجية والنواة الداخلية. النواة الداخلية صلبة ويصل نصف قطرها إلى حوالي 1220 كيلو مترًا، بينما النواة الخارجية سائلة وتمتد بسمك 3400 كيلو متر.
تمثل صخور رينجوودايت طورًا عالي الضغط من سيليكات المغنيسيوم، التي تتشكل في درجات حرارة وضغط عالية في وشاح الأرض على عمق بين 525 و660 كيلومتر.
ومن الممكن أن تحتوي هذه الصخور أيضًا على الحديد والهيدروجين، وتتميز صخور رينجوودايت بقدرتها على احتواء أيونات الهيدروكسيد (ذرات الأكسجين، والهيدروجين المرتبطة ببعضها البعض) داخل هيكلها، وهي ذاتها مكونات الماء.
مصدر المياه على كوكب الأرض
يمكن أن يساعد هذا الاكتشاف في توضيح مصدر بحار ومحيطات الأرض، فالحجم الضخم لهذا الخزان المائي المكتشف يلقي الضوء على مصدر مياه الأرض.
يعتقد بعض الجيولوجيين أن الماء وصل إلينا عبر المذنبات أثناء اصطدامها بالكوكب، لكن هذا الاكتشاف دعم فكرة بديلة، وهي أن المحيطات تكونت عبر التسرب التدريجي للمياه من داخل الأرض في وقت مبكر من عمر الكوكب.
وبحسب الخبراء، أصبح هذا الاكتشاف بمثابة دليل جيد على أن مياه الأرض أتت من الداخل، إذ يمكن أن تكون هذه المياه المخفية بمثابة الخزان الداعم للمحيطات على السطح، وهو ما يوضح سبب بقاء المحيطات على نفس الحجم طوال ملايين السنين دون أي تغيير تقريبًا.
تخيل أنه لو لم يتواجد هذا الخزان من المياه، كان الأمر سيكون كارثيًا بالنسبة لنا. لأنه لو كانت كمية المياه الهائلة هذه تسربت هي أيضًا إلى السطح لارتفع مستوى المياه بشكل خرافي ولكانت المياه تغطي تقريبًا كل سطح الكوكب، ربما ما عدا قمم الجبال التي كانت ستكون هي اليابسة الوحيدة المتوفرة لنا لنعيش فوقها.
كيف عرف العلماء بوجود المحيط؟
يبلغ نصف قطر كوكب الأرض 6378 كيلومتر، وهو ما يعني أننا بحاجة للحفر طوال هذه المسافة كي يتسنى لنا معرفة الطبقات التي تتكون منها الأرض وصولًا للنواة، لكن أكبر عمق قام الإنسان بحفره هو 12.2 كيلومتر فقط، والمتمثلة في ثقب بئر «كولا سوبرديب»، وهو أعمق حفرة من صنع الإنسان على الأرض، والتي استغرق حفرها من السوفييت ما يقرب من 20 عامًا.
لكن كلمة السر في استكشاف العلماء لما يحتويه باطن الأرض هو الأمواج الزلزالية. عندما تحدث هزة أرضية معينة، فإنها تنشر أمواج ضغط تنتشر عبر كامل الكوكب، وهي تلك الأمواج التي يقيسها العلماء ويعرفون شدتها ويقولون لنا إن هناك زلزال بقوة كذا ضرب هذه المنطقة وهذا هو مركزه.
تحمل هذه الأمواج معلومات أيضًا عن الطبقات التي مرت عبرها؛ بما فيها الوشاح والنواة. ومن خلال دراسة خصائص تلك الأمواج بإمكاننا أن نتعرف على الخصائص الفيزيائية الموجودة في باطن الأرض.
على سبيل المثال، بعض الأمواج تنتشر في البيئات الصلبة، بينما تنتشر أمواج أخرى في البيئات الصلبة والسائلة معًا؛ وبذلك بإمكاننا أن نعرف إن كانت بعض الطبقات صلبةً أم لا.
استخدم الفريق البحثي الذي اكتشف وجود الخزان المائي ألفين من مقاييس الزلازل لدراسة الموجات الزلزالية الناتجة عن أكثر من 500 زلزال. هذه الأمواج المتولدة تجعل الأرض تدق كجرس لأيام بعد ذلك.
من خلال قياس سرعة الأمواج على أعماق مختلفة، تمكن الفريق من معرفة أنواع الصخور التي تمر بها الأمواج، وكشفت طبقة المياه عن نفسها بسبب تباطؤ الموجات، إذ تستغرق وقتًا أطول في المرور عبر الصخور الرطبة أكثر من الصخور الجافة.
عثر الباحثون على علامات على وجود صخور رينجوودايت رطبة في المنطقة الانتقالية على بعد 700 كيلومتر لأسفل، والتي تقسم المناطق العلوية والسفلية من طبقة الوشاح. على هذا العمق، فإن الضغط ودرجة الحرارة مناسبين تمامًا لضغط وعصر صخور رينجوودايت، لينزل الماء منها، تمامًا كما لو أن هذه الصخور تتعرق ويسيل منها الماء.
