تصویربرداری سه‌ بعدی برای درک نحوه‌ی تشکیل زمین

برای پاسخ به سؤالات بزرگ باید به جزئیات بسیار کوچک دقت کرد. این راهبردی
است که وندی ما، فیزیک‌دان دانشگاه استنفورد برای درک بهتر تاریخچه‌ی زمین
از آن استفاده کرده‌است. او با استفاده از یک روش جدید به بررسی این موضوع
پرداخت که چگونه مقداری بسیاری کمی از مواد معدنی سیلیکاتی و آهن در دما و
فشار بالا با هم برهم‌کنش می‌دهند. این محقق در حال بررسی بزرگ‌ترین تغییر
شکل زمین یعنی جدا شدن پوسته‌ی سنگی آن از هسته‌ی آهنی در ۴٫۵ میلیارد سال
قبل است.

این روش «توموگرافی اشعه‌ی ایکس نانومقیاس» نام دارد که در آزمایشگاه تسریع‌کننده‌ی
ملی SLAC ابداع شده‌است. با این روش، جزئیات بی‌نظیری – تصاویر سه‌بعدی –
از تغییرات مواد سیلیکاتی و آهن گداخته در فشار و دمای عمق زمین به دست آمد.
 

پژوهشگران مرکز SLAC راهی را برای ادغام سلول سندانی الماسی، که نمونه‌ی
مورد نظر را در میان دو نوک الماسی خود در برگرفته‌است، با توموگرافی اشعه‌ی
ایکس نانومقیاس ارائه کردند تا با آن بتوان تصاویری از ماده در فشار بالا
بگیرند. فشار موجود در اعماق زمین بالاست – میلیون‌ها برابر فشار اتمسفر –
بنابراین تنها الماس می‌تواند چنین فشاری را بدون شکسته شدن، اعمال کند.

به گفته‌ی وندی ما، بسیار هیجان‌انگیز است که بتوان برهم‌کنش موجود میان
آهن و سیلیکا را در فشار و دمای بالا اندازه گرفت، کاری که پیش از این
انجام نشده‌است. هیچ کس تاکنون تغییرات را در این فشار و دما به تصویر
نکشیده‌است.

اعتقاد بر این است که ماده‌ی اولیه‌ی زمین در سال‌های آغازین تشکیل آن،
باید بسیار داغ باشد. از آنجایی که هم‌اکنون پوسته غنی از سیلیس بود و هسته
مملو از آهن، بنابراین این مواد که در سال‌های اولیه با هم آمیخته شده
بودند، باید به دو جهت مختلف حرکت کرده باشند تا پوسته و هسته تشکیل شود.
برای بررسی چگونگی این حرکت‌ها، آزمایش فوق برنامه‌ریزی شد و نتایج آن نشان
داد که سیلیکا در اثر فشار و دما به اشکال مختلفی در می‌آید، همچنین
برهم‌کنش موجود میان آهن و سیلیکا در دمای بالا بسیار متفاوت از آن چیزی
است که در دمای پایین رخ می‌دهد. آهن در فشار بالا به شکل ورقه‌ای درآمده،
موجب تشکیل کانال‌هایی در میان توده سیلیکاتی می‌شود.

نتایج این پروژه در نشست سالانه‌ی سازمان زمین‌شناسی آمریکا در
سانفرانسیسکو ارائه شد.