แกนโลกกำลังรั่วไหลน้ำอย่างเงียบๆ มานานหลายพันล้านปี

แกนโลกกำลังรั่วไหลน้ำอย่างเงียบๆ มานานหลายพันล้านปี เป็นข้อค้นพบที่อาจเปลี่ยนมุมมองของนักวิทยาศาสตร์ต่อโครงสร้างภายในโลก แม้โลกจะดูเหมือนเป็นดาวเคราะห์ที่มีชั้นต่างๆ แยกออกจากกันอย่างชัดเจน แต่หลักฐานจากหินภูเขาไฟกลับบ่งชี้ว่าแกนโลกและเนื้อโลกอาจมีการแลกเปลี่ยนสสารกันมาเป็นเวลายาวนานกว่าที่เคยคิดไว้ โดยเฉพาะไฮโดรเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของน้ำ

เมื่อประมาณ 4,500 ล้านปีก่อน โลกในยุคแรกยังมีสภาพร้อนจัดและเต็มไปด้วยมหาสมุทรแมกมา วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงอย่างเหล็กค่อยๆ จมลงสู่ใจกลางโลก กลายเป็นแกนโลก ขณะที่แร่ซิลิเกตซึ่งมีน้ำหนักเบากว่าเคลื่อนตัวขึ้นไปก่อตัวเป็นเนื้อโลกและเปลือกโลก กระบวนการแยกชั้นดังกล่าวทำให้เกิดโครงสร้างหลักของโลก แต่ไม่ได้หมายความว่าการเคลื่อนย้ายของธาตุระหว่างแกนโลกกับเนื้อโลกจะสิ้นสุดลง

แกนโลกกำลังรั่วไหลน้ำอย่างเงียบๆ มานานหลายพันล้านปี

งานวิจัยที่เผยแพร่ในวารสาร Science Advances ใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อศึกษาว่าแกนโลกยังคงแยกตัวจากเนื้อโลกอย่างสมบูรณ์หรือไม่ นักวิจัยสนใจสัญญาณทางเคมีแปลกประหลาดที่พบในหินภูเขาไฟ เพราะหินเหล่านี้อาจเก็บร่องรอยของวัสดุจากส่วนลึกของโลกเอาไว้ และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ย้อนกลับไปทำความเข้าใจประวัติศาสตร์ยุคแรกของดาวเคราะห์

ผลการศึกษาชี้ว่าไฮโดรเจนจากแกนโลกอาจรั่วไหลเข้าสู่บริเวณชั้นล่างสุดของเนื้อโลกอย่างต่อเนื่องตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยา จากนั้นวัสดุที่มีองค์ประกอบพิเศษอาจถูกพาขึ้นสู่พื้นผิวผ่านกระบวนการหลอมเหลวและการปะทุของภูเขาไฟ ทำให้หินภูเขาไฟบางแห่งมีลักษณะทางเคมีที่ไม่เหมือนหินทั่วไป

แกนโลกกำลังรั่วไหลน้ำอย่างเงียบๆ และหินภูเขาไฟคือหลักฐาน

น้ำไม่จำเป็นต้องเดินทางจากแกนโลกขึ้นมาในรูปของของเหลวโดยตรง ในกรณีนี้ นักวิทยาศาสตร์กำลังติดตามไฮโดรเจนซึ่งเป็นส่วนประกอบของน้ำ โดยเปรียบเทียบไฮโดรเจนสองรูปแบบ ได้แก่ ไฮโดรเจนทั่วไปที่มีมวลเบา และดิวเทอเรียมซึ่งเป็นไอโซโทปที่มีมวลมากกว่า อัตราส่วนของไอโซโทปทั้งสองสามารถทำหน้าที่เหมือนลายนิ้วมือทางเคมี ช่วยบอกแหล่งกำเนิดของวัสดุในหินได้

นักวิจัยจำลองสภาพแวดล้อมที่มีความดันและอุณหภูมิสูงมากภายในโลก เพื่อดูว่าไฮโดรเจนและดิวเทอเรียมจะกระจายตัวอย่างไรในช่วงที่มหาสมุทรแมกมาโบราณเย็นลงและตกผลึกกลายเป็นแร่ชนิดต่างๆ ผลลัพธ์พบว่าไฮโดรเจนทั้งสองรูปแบบกระจายตัวในเนื้อโลกค่อนข้างสมดุล แม้จะมีความแตกต่างเล็กน้อยตามระดับความลึก แต่ความแตกต่างนั้นยังไม่มากพอที่จะอธิบายปริมาณดิวเทอเรียมที่ต่ำผิดปกติในหินภูเขาไฟจากพื้นที่อย่างเกาะบัฟฟินในแถบอาร์กติกของแคนาดาและไอซ์แลนด์

เพื่ออธิบายสัญญาณดังกล่าว นักวิทยาศาสตร์เสนอว่าไฮโดรเจนที่มีดิวเทอเรียมในสัดส่วนต่ำอาจมาจากแกนโลก ในช่วงที่เหล็กเคลื่อนตัวลงสู่ใจกลางโลก เหล็กอาจดูดซับไฮโดรเจนที่มีมวลเบาเอาไว้มากกว่าดิวเทอเรียม ส่งผลให้แกนโลกมีลักษณะเฉพาะทางเคมี เมื่อเวลาผ่านไป ไฮโดรเจนบางส่วนอาจค่อยๆ เคลื่อนจากแกนโลกเข้าสู่เนื้อโลก แล้วถูกนำขึ้นมาพร้อมกับแมกมาจากส่วนลึก

หลักฐานทางเคมีจากส่วนลึกของโลก

นอกจากอัตราส่วนไฮโดรเจนและดิวเทอเรียมแล้ว หินภูเขาไฟบางแห่งยังพบฮีเลียม-3 ในปริมาณสูงเมื่อเทียบกับฮีเลียม-4 ฮีเลียม-3 เป็นไอโซโทปหายากที่อาจหลงเหลืออยู่ในแกนโลกตั้งแต่ช่วงเริ่มต้นของการก่อตัวดาวเคราะห์ การค้นพบนี้จึงเป็นอีกเบาะแสที่สนับสนุนแนวคิดว่า วัสดุดั้งเดิมจากส่วนลึกยังคงถูกส่งต่อขึ้นมาสู่เนื้อโลกและพื้นผิว

นักวิจัยยังพบสัญญาณของทังสเตนและรูทีเนียมที่มีลักษณะผิดปกติในหินบางชนิด ธาตุเหล่านี้ช่วยเสริมภาพรวมว่าองค์ประกอบจากแกนโลกอาจมีส่วนปะปนอยู่ในวัสดุของเนื้อโลก การพบหลักฐานหลายประเภทพร้อมกันทำให้สมมติฐานเรื่องการรั่วไหลของวัสดุจากแกนโลกมีน้ำหนักมากขึ้น แม้จะยังจำเป็นต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อยืนยันเส้นทางการเคลื่อนที่อย่างละเอียด

• ไฮโดรเจน: องค์ประกอบสำคัญของน้ำและตัวชี้วัดการแลกเปลี่ยนสสารระหว่างแกนโลกกับเนื้อโลก
• ดิวเทอเรียม: ไอโซโทปของไฮโดรเจนที่ช่วยระบุแหล่งกำเนิดของวัสดุในหินภูเขาไฟ
• ฮีเลียม-3: ไอโซโทปหายากซึ่งอาจเก็บรักษาความทรงจำทางเคมีจากยุคแรกของโลก
• ทังสเตนและรูทีเนียม: ธาตุที่พบสัญญาณเฉพาะและอาจบ่งชี้อิทธิพลจากวัสดุของแกนโลก

ความหมายต่อความเข้าใจโครงสร้างโลก

ที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์มักมองว่าแกนโลกและเนื้อโลกเป็นแหล่งกักเก็บสารเคมีที่แยกออกจากกันค่อนข้างชัดเจน แกนโลกประกอบด้วยโลหะเป็นหลัก ส่วนเนื้อโลกประกอบด้วยหินซิลิเกต อย่างไรก็ตาม ผลการศึกษานี้เสนอภาพที่ซับซ้อนกว่า เพราะธาตุระเหยง่ายหรือสารที่มีน้ำหนักเบาอาจสามารถข้ามขอบเขตระหว่างชั้นต่างๆ ได้ แม้กระบวนการดังกล่าวจะเกิดขึ้นช้ามากจนไม่สามารถสังเกตได้โดยตรงในช่วงเวลาสั้นๆ

การแลกเปลี่ยนสสารระหว่างแกนโลกกับเนื้อโลกอาจมีผลต่อวิวัฒนาการของโลกในหลายด้าน ทั้งองค์ประกอบของแมกมา การกำเนิดภูเขาไฟ และการกระจายตัวของธาตุสำคัญภายในดาวเคราะห์ นอกจากนี้ยังอาจช่วยอธิบายว่าทำไมบริเวณภูเขาไฟบางแห่งจึงมีลักษณะทางเคมีที่แตกต่างจากพื้นที่อื่นอย่างมาก

แนวคิดนี้ยังทำให้เกิดคำถามใหม่เกี่ยวกับการก่อตัวของโลก หากแกนโลกสามารถเก็บไฮโดรเจนและสารระเหยอื่นไว้ได้ตั้งแต่ช่วงแรกเริ่ม ปริมาณของน้ำและองค์ประกอบที่จำเป็นต่อการเกิดสภาพแวดล้อมเหมาะสมกับชีวิตบนพื้นผิวโลกอาจเกี่ยวข้องกับกระบวนการภายในที่เกิดขึ้นลึกลงไปกว่าที่เคยเชื่อ การศึกษาส่วนลึกของโลกจึงไม่ได้ช่วยเพียงทำความเข้าใจธรณีวิทยาเท่านั้น แต่ยังอาจเชื่อมโยงกับประวัติศาสตร์ของน้ำบนโลกด้วย

อย่างไรก็ตาม นักวิจัยยังไม่สามารถระบุได้อย่างแน่ชัดว่าวัสดุจากแกนโลกเดินทางเข้าสู่เนื้อโลกผ่านช่องทางใด อาจเกี่ยวข้องกับการแพร่ของธาตุผ่านขอบเขตแกนโลกและเนื้อโลก การเคลื่อนที่ของมวลสารในชั้นลึก หรือกระบวนการอื่นที่ยังไม่ถูกค้นพบ การศึกษาครั้งต่อไปอาจต้องใช้ข้อมูลจากหินภูเขาไฟเพิ่มเติม การทดลองภายใต้ความดันสูง และแบบจำลองการไหลเวียนของเนื้อโลกที่ละเอียดขึ้น

ข้อค้นพบเรื่องแกนโลกกำลังรั่วไหลน้ำอย่างเงียบๆ มานานหลายพันล้านปี ทำให้เราเห็นว่าโลกไม่ใช่ระบบที่แต่ละชั้นแยกขาดจากกันอย่างสมบูรณ์ แต่เป็นดาวเคราะห์ที่มีการเคลื่อนย้ายและแลกเปลี่ยนสสารอย่างต่อเนื่อง แม้การรั่วไหลนี้จะเกิดช้าเกินกว่าที่มนุษย์จะสังเกตได้โดยตรง แต่ร่องรอยของมันยังปรากฏในหินภูเขาไฟบนพื้นผิว หากงานวิจัยในอนาคตยืนยันเส้นทางดังกล่าวได้ เราอาจเข้าใจประวัติศาสตร์ภายในโลกและต้นกำเนิดของน้ำได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

ที่มา – Earth’s Core Has Been Quietly Leaking Water for Billions of Years