جُبّه‌ی زمین

دیر زمانی است که زمین شناسان در انتظار سفری به مرکز زمین هستند. زمین شناسان، چونان مسافران دلواپسی که موفق به خرید بلیت نشده‌اند تن به خیال پردازی در باره‌ی چگونگی و چیستی مقصد خود سپرده‌اند. آنان می‌توانند صدای درون زمین را بشنوند که به صورت امواج لرزه‌ای پژواکی، بر اثر لغزیدن و ترک خوردن سنگ‌ها در عمق صدها کیلومتر در زیر زمین صادر می‌شود. می‌توانند هنگامی که تفتال در شکم آتشفشانی فعال به هم می‌خورد بوی درون زمین را استشمام کنند. حتی می‌توانند وقتی که سنگ‌هایی کهن به نام کیمبرلیت در علفزارهای افریقای جنوبی سر بیرون می‌زند تکه‌ای از درون زمین را لمس کنند. اما کارکرد واقعی اندرون سیاره‌ی زمین و ضربت و سایش آرام مواد در جبّه‌ی داغ و نرم زمین دور از دسترس است و این موضوع، زمین شناسان را سر می‌دواند. حال سرانجام دانشمندانی که زیر زمین را مطالعه می‌کنند می‌گویند دستگاهی ساخته‌اند که اوضاع جبه را شبیه سازی می‌کند. جبه در زیر پوسته‌ی نازک و سرد زمین و در بالای هسته‌ی مرکزی آهنین قرار دارد و بخش عمده‌ی سیاره‌ی زمین را تشکیل می‌دهد.
یک زمین فیزیک‌دان مؤسسه‌ی تکنولوژی کالیفرنیا بیان داشت: «این رشته (یعنی مطالعه‌ی جبه‌ی زمین) در حال انفجار است»، زیرا زمین شناسان به اطلاعات جدیدی دست می‌یابند که طرز پیدایی و تطور زمین را روشن می‌کند. دانشمندان با فشردن تکه‌های سنگ در گیرنده‌های فوق فشار بالا و گرم کردن آن‌ها تا هزاران درجه با آتش کوره یا به وسیله‌ی اشعه‌ی لیزر، به باز‌آفرینی دماها و فشارهای شگفت و عظیم درون جبه‌ی زمین می‌پردازند که گرافیت را با فشار به الماس تبدیل می‌کند و سیلیکات‌های معمولی را به شکل مکعب‌های معوج پرووسکیت (کانی اصلی جبه) درمی‌آورد. نتایجِ جدیدِ یکی از این آزمایش‌های فوق فشار بالا که یانبین وانگ و همکارانش در دانشگاه ایالتی نیویورک انجام دادند نشان می‌دهد که تصویر پرداخته شده درباره‌ی عمق زمین شاید درست نباشد. این نتیجه‌گیری را برآوردهای تازه‌ی براد فورد هیگر درباره‌ی چسبندگی جبه‌ی زمین در مؤسسه‌ی تکنولوژی ماساچوستس تأیید می‌کند. اغلب متخصصان و تقریباً همه‌ی کتاب‌های درسی می‌نویسند که جبه لااقل دو لایه‌ی مشخص دارد: جبه‌ی بالایی و جبه‌ی پایینی. بنا به انگاره‌ی مرسوم، این دو لایه هیچ گاه مخلوط نمی‌شوند. البته تصاویر مربوط به امواج لرزه‌ای که حاصل ارتعاشات شکستن چیزی در جبه است وجود یک لایه‌ی مرزی مشخص در اعماق زمین را نشان می‌دهد. با این همه، آزمایش‌های جدید نشان می‌دهد که گر چه نوعی لایه‌ی مرزی وجود دارد اما این لایه منفذدار است. درون جبه شاید سفت و سخت باشد اما چنان که وانگ و هیگر بیان داشتند «نفوذناپذیر نیست». راسل هملی از آزمایشگاه زمین فیزیک در مؤسسه‌ی کارنگی (در واشینگتن) بیان داشت: «این دو دانشمند اظهار می‌کنند که دیگ زمین از ته به بالا می‌جوشد.» دونالد وایدنر، سرپرست سابق مؤسسه‌ی فیزیک کانی در شهر استونی بروک، که خود در این تحقیقات شرکت کرد، گفت: «این نتایج، شالوده‌ی لازم برای پاسخ به این پرسش را فراهم می‌سازند که زمین چگونه پدیدار شد و چگونه به تکامل خود ادامه می‌دهد؟»
به بیان یک زمین فیزیک‌دان از دانشگاه جورج میسن و مؤسسه‌ی کارنگی «این آزمایش‌ها، شایانِ توجه زیادی هستند. فاش کردن رازهای دینامیک جبه به دانشمندان کمک می‌کند تا جزئیات به وجود آمدن پوسته‌ی زمین و حرکت صفحه‌های قاره‌ای را بفهمند». صفحه‌های پوسته بر جبه شناور و در جهان سیار هستند و هنگامی که به هم ساییده یا به زیر یک دیگر رانده می‌شوند آتش فشان‌ها و زمین لرزه‌ها را به بار می‌آورند. حرکت صفحات بر حرکت جبه در زیر آن‌ها اتکا دارد. به علاوه، اگر واقعاً مخلوط شدگی جبه از بالا به پایین باشد زمین شناسان می‌توانند ترکیب شیمیایی زمین را به دقت تعیین کنند، و مثلاً تعیین کنند که سیاره‌ی زمین دقیقاً چه مقدار آهن، منگنز، و سیلیکون دارد، یا زمین چه شباهت‌هایی با سیارات دیگر و شهاب سنگ‌ها دارد. این سؤالات، به نوبه‌ی خود منجر به پرسش‌های دیگری می‌شود، مثل این که زمین اولیه چگونه تشکیل شد؟ اگر هم جبه به لایه‌های چندی تقسیم یافته باشد فقط جبه‌ی بالایی است که در تشکیل پوسته و صفحات آن سهم دارد. جبه‌ی پایینی مواد گرد آمده در نخستین ایام تشکیل سیاره را در خود نهفته دارد. هملی می‌گوید: «اما اگر اختلاط مواد در جبه رخ داده باشد صحنه‌ای بسیار متفاوت درباره‌ی تطور زمین مطرح می‌شود.» سال‌هاست دانشمندان در شگفتند از این که نتایج لرزه‌ای ظاهراً مبین اختلاط مواد نیست. لبه‌های صفحه‌ای کهن پوسته که حامل کف اقیانوس‌ها هستند مداوماً به درون جبه بلعیده می‌شوند و این در نواحی فرولغزشی، مثلاً در طول رشته جزایر آلوت در غرب آلاسکا یا در طول جزایر گوریل در شرق روسیه و ژاپن انجام می‌گیرد.
تخته سنگ‌های عظیم با سرعتی در حدود چند سانتیمتر در سال فرو می‌روند که همراه با خُرد شدن و شکافتن انجام می‌شود و زلزله‌هایی را پدید می‌آورد که غرششان را می‌توان شنید و گاهی در سطح زمین حس کرد. اما هنگامی که لبه‌ی تخته سنگ به عمق هفت‌صد کیلومتر (مرز میان جبه‌ی بالایی و جبه‌ی پایینی) می‌رسد چیزی اتفاق می‌افتد. دان اندرسن می‌گوید: «قرائن لرزه‌ای متوقف می‌شود، پنداری تخته سنگ به دیوار خورده است.» تخته سنگ شاید به فرولغزش خود ادامه دهد و بدون ممانعت هیچ مرزی به قلمرو ژرف جبه داخل شود، یا رفته رفته خرد شود. در هر صورت، مطالعات جدید نشان می‌دهند که اختلاط وسیعی در عمق و سرتاسر جبه رخ می‌دهد.
کاروانگ و همکارانش در دانشگاه ایالتی نیویورک، مستقیماً آزمایش‌های قبلی ریمند جینلز و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی را به مبارزه طلبید. جینلز، استاد زمین فیزیک و برنده‌ی جایزه‌ی نابغه از سوی بنیاد مک آرتور بود. وی نیز نمونه‌ای از سیلیکات معمولی را آن‌قدر فشرد و حرارت داد که به صورت کانی پرووسکیت درآمد. آن‌چه جینلز مشاهده کرد انبساطی سریع در پرووسکیت بود زیرا اتم‌های کانی از یک‌دیگر دور شدند. این امر به این نتیجه‌گیری انجامید که پرووسکیت در جبه‌ی پایینی باید سرشار از آهن افزوده باشد تا نتایج چگالی جبه از مطالعات لرزه‌ای را تعیین کند. اما تحقیق جدید وانگ و همکارانش نشان می‌دهد که انبساط سریع کانی و پرووسکیت پیوسته نیست، بلکه پس از گذر از حد معینی فشار و دما، انبساط کند می‌شود. آنان نتیجه گیری کرده‌اند که برای تبیین چگالی جبه که از امواج لرزه‌ای ثبت می‌شود نیازی به افزوده شدن آهن به جبه‌ی پایینی نیست. از این رو، مقدار آهن در بالا و پایین جبه تقریباً یک‌سان است که دلیلی است بر این که مواد در جبه از بالا به پایین مخلوط می‌شوند هر چند بسیار آرام و در عرض میلیون‌ها سال. با این همه، قضاوت هنوز زود است. آزمایش‌های بیش‌تری طرح‌ریزی شده است تا نمونه‌ها را تحت فشار و دمای زیادتری قرار دهند. پژوهش‌گران از پرتو ایکس کمک خواهند گرفت تا هنگامی که محیط عمیقِ جبه را شبیه سازی می‌کنند منظره‌ای بی‌سابقه از ساختار و رفتار نمونه‌های سنگی را به دست آورند. پروفسور اندرسن بیان داشت: «اگر اقبال با ما باشد به زودی پاسخ‌هایی را که زمانی دراز در جستجویش بودیم خواهیم یافت.»