ชิ้นส่วนของโลกในวัยทารก
นักวิทยาศาสตร์ที่เอ็มไอทีและสถาบันอื่นได้พบซากที่หาได้ยากมากของโลกดั้งเดิม(proto-Earth) ซึ่งก่อตัวขึ้นเมื่อราว 4.5 พันล้านปีก่อน ก่อนที่จะมีการชนครั้งใหญ่ที่ส่งผลต่อองค์ประกอบดาวเคราะห์เดิมอย่างพลิกผัน และสร้างโลกอย่างที่เรารู้จักในทุกวันนี้ การค้นพบรายงานในวารสาร Nature Geosciences จะช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้ปะติดปะต่อองค์ประกอบดั้งเดิมในช่วงเริ่มต้นที่หล่อหลอมเป็นโลกในยุคต้นและระบบสุริยะส่วนที่เหลือได้
เมื่อหลายพันล้านปีก่อน ระบบสุริยะในยุคต้นเป็นเพียงดิสก์ก๊าซฝุ่นที่หมุนไปรอบๆ ซึ่งต่อมาก็ยุบตัวลงและสั่งสมมวลเพื่อก่อตัวเป็นอุกกาบาตรุ่นแรกสุด(เรียกอีกอย่างว่า planetesimals) ซึ่งวัตถุกลุ่มนี้จะเกาะกลุ่มกันก่อตัวเป็นโลกดั้งเดิมและดาวเคราะห์ใกล้เคียง
ในสภาวะเริ่มแรกสุด โลกน่าจะเป็นหินและลาวาที่เดือดปุดๆ จากนั้นไม่ถึง 1 ร้อยล้านปีต่อมา ก็มีวัตถุขนาดพอๆ กับดาวอังคาร(ซึ่งเรียกว่า ธีอา; Theia) ชนกับโลกในวัยเยาว์เป็นการชนครั้งใหญ่(giant impact) ซึ่งสร้างดวงจันทร์ขึ้นมา การชนได้หลอมเหลวและผสมผสานพลิกผันเปลี่ยนองค์ประกอบเคมีของโลกขึ้นใหม่ทั้งหมด
ภาพจากศิลปินแสดงโลกในยุคแรกสุดซึ่งเรียกว่า บรมยุคเฮเดียน(Hadean Eon) นักวิทยาศาสตร์ได้พบซากของโลกดั้งเดิมที่มีอยู่ก่อนการชนครั้งใหญ่ที่สร้างดวงจันทร์ image Credit: Tim Bertelink ภาพปก โลกในภาพจากศิลปินเมื่อยังเพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่
คิดกันว่า ไม่ว่าโลกดั้งเดิมจะมีองค์ประกอบเป็นอย่างไร มันก็ถูกปรับเปลี่ยนไปแล้ว แต่การค้นพบของทีมเอ็มไอทีได้บอกถึงสิ่งที่ตรงกันข้าม นักวิจัยได้จำแนกสัญญาณทางเคมีในหินโบราณที่แตกต่างอย่างเป็นอัตลักษณ์จากวัสดุสารอื่นๆ ทั้งหมดที่พบบนโลกในปัจจุบัน สัญญาณอยู่ในรูปของความไม่สมดุลของไอโซโทปโพทัสเซียมที่พบในตัวอย่างจากหินที่เก่าแก่มากและอยู่ลึกมากๆ ทีมตรวจพบว่าความไม่สมดุลไม่น่าจะเกิดขึ้นจากการชนครั้งใหญ่ใดๆ ก่อนหน้านี้หรือกระบวนการทางธรณีวิทยาที่เกิดขึ้นบนโลกในปัจจุบัน
คำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดสำหรับองค์ประกอบเคมีของตัวอย่างนี้ก็คือ พวกมันจะต้องเป็นวัสดุสารที่เหลืออยู่จากโลกดั้งเดิมซึ่งยังคงไม่แปรสภาพ ในขณะที่โลกดั้งเดิมเกือบทั้งหมดได้รับผลกระทบและแปรสภาพไปแล้ว นี่อาจเป็นหลักฐานโดยตรงของวัสดุสารโลกดั้งเดิมชิ้นแรกที่เราเก็บรักษาได้ Nicole Nie ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์โลกและดาวเคราะห์ที่เอ็มไอที กล่าว
เราได้เห็นชิ้นส่วนของโลกยุคโบราณมากๆ เก่าแก่ก่อนที่จะเกิดการชนครั้งใหญ่ นี่เป็นเรื่องที่น่าทึ่งเนื่องจากเราคาดว่าสัญญาณจากยุคเริ่มแรกนี้จะค่อยๆ ถูกลบไปผ่านวิวัฒนาการโลก
ภาพจากศิลปินแสดงการชนครั้งใหญ่(giant impact) ระหว่างโลกในวัยแบเบาะกับวัตถุที่มีขนาดพอๆ กับดาวอังคารซึ่งเรียกว่า ธีอา(Theia) การชนนำไปสู่การก่อตัวของดวงจันทร์ของโลก
ในปี 2023 Nie และเพื่อนร่วมงานของเธอได้วิเคราะห์อุกกาบาตรหลายชิ้นที่ถูกรวบรวมจากพื้นที่ทั่วโลกและศึกษาอย่างระมัดระวัง ก่อนที่จะชนกับโลก อุกกาบาตเหล่านี้น่าจะก่อตัวขึ้นในวาระและตำแหน่งที่แตกต่างกันไปทั่วระบบสุริยะ และจึงเป็นตัวแทนของสภาวะที่เปลี่ยนแปลงในระบบสุริยะตามเวลา เมื่อนักวิจัยเปรียบเทียบองค์ประกอบเคมีของตัวอย่างเหล่านั้นกับโลก พวกเขาก็จำแนกพบ ความผิดปกติในสัดส่วนไอโซโทปโพทัสเซียม(Potassium isotopic anomaly)
ไอโซโทปเป็นธาตุชนิดเดียวกันที่มีความแตกต่างกันเล็กน้อย โดยมีจำนวนโปรตอนที่เท่ากันแต่มีจำนวนนิวตรอนที่แตกต่างกัน โพทัสเซียมในธรรมชาติปรากฏเป็นรูปแบบ 3 ไอโซโทป ตามเลขมวล(mass number; จำนวนโปรตอนบวกนิวตรอน) คือ 39. 40 และ 41 ตามลำดับ ไม่ว่าโพทัสเซียมจะพบที่ส่วนใดบนโลก จะมีสัดส่วนไอโซโทปที่เป็นคุณลักษณะ โดย K-39 และ K-41 จะมีปริมาณมากกว่า(K-39 93.26% และ K-41 6.73%) แม้จะมี K-40 อยู่แต่ก็เพียงน้อยนิด(0.0117%) เท่านั้น
ทีมได้พบว่าอุกกาบาตที่พวกเขาศึกษาแสดงสมดุลไอโซโทปโพทัสเซียมที่แตกต่างจากวัสดุสารเกือบทั้งหมดบนโลก หรือพูดอีกอย่างว่า ความไม่สมดุลของโพทัสเซียมน่าจะใช้เป็นตัวบ่งชี้ถึงวัสดุสารจากโลกดั้งเดิม ก่อนที่การชนครั้งใหญ่จะรีเซทองค์ประกอบเคมีของโลก ในงานนี้เราได้พบอุกกาบาตที่แตกต่างกันจะมีสัญญาณไอโซโทปโพทัสเซียมที่ต่างกัน และก็หมายความว่าอาจใช้โพทัสเซียมเป็นตัวตามรอยหาวัตถุดิบตั้งต้นของโลกดั้งเดิมได้ Nie กล่าวไว้
กราฟแสดงอัตราส่วนของรูธีเนียม-100 กับโพทัสเซียม-40 ของโลกดั้งเดิม, โลกยุคใหม่ และเอนสตาไทต์ คอนไดรต์(enstatites chondrites; EC), คอนไดรต์ทั่วไป(ordinary chondrites) และคาร์บอเนเชียส คอนไดรต์ (carbonaceous chondrites; CC) ซึ่งทั้งหมดเป็นวัตถุดิบตั้งต้นของโลกยุคใหม่ การศึกษาบอกว่ายังมีวัตถุดิบของโลกดั้งเดิมที่ยังไม่ถูกพบอีก
ในการศึกษาล่าสุด ทีมได้ตรวจสอบหาสัญญาณความผิดปกติของโพทัสเซียมไม่เพียงแค่ในอุกกาบาตแต่ยังหาบนโลกด้วย ตัวอย่างที่ตรวจสอบรวมถึงหินในรูปของผง จากกรีนแลนด์, อเลกโซ(Alexo) ในแถบอะบิทิบี(Abitibi belt) และแถบโคมาทิไอต์วินนิเพโกซิส(Winnipegonis komatiite belt) ในมานีโตบา คานาดา ซึ่งเป็นหินที่เก่าแก่ที่สุดบางส่วนที่พบบนโลก
พวกเขายังวิเคราะห์ก้อนลาวาที่รวบรวมได้จากภูเขาไฟ Kama'ehuakanaloa และ Mauna Loa ในฮาวาย ซึ่งกิจกรรมภูเขาไฟได้นำวัสดุสารที่อยู่ลึกที่สุดบนโลกจากชั้นเนื้อโลก(mantle) ขึ้นมาด้วย และภูเขาไฟนิวเบอรี่ ในคาสคาดแรงจ์ ทางตะวันตกเฉียงเหนือของสหรัฐฯ ถ้าสัญญาณโพทัสเซียมถูกเก็บรักษาไว้ เราก็น่าจะหามันพบในโลกที่ลึกและเก่าแก่ที่สุด Nie กล่าว
ในตอนแรก ทีมได้ละลายผงตัวอย่างต่างๆ ในกรด จากนั้นก็แยกโพทัสเซียมใดๆ ที่มีอยู่อย่างระมัดระวังออกจากตัวอย่างส่วนที่เหลือ และใช้สเปคโตรมิเตอร์มวล(mass spectrometer) ชนิดพิเศษเพื่อตรวจสอบอัตราส่วนของไอโซโทปโพทัสเซียมทั้ง 3 ชนิด โดยจำแนกตัวอย่างที่มีสัญญาณไอโซโทปที่แตกต่างจากสิ่งที่พบในวัสดุสารเกือบทั้งหมดบนโลก จำเพาะที่จำแนกหาการขาดแคลน K-40
แบบจำลองแสดงว่าสัญญาณโพทัสเซียมสอดคล้องกับอุกกาบาตที่มาถึงทีหลัง
ในวัสดุสารเกือบทั้งหมดบนโลก ไอโซโทปนี้ก็มีสัดส่วนที่น้อยแล้วเมื่อเทียบกับโพทัสเซียมอีกสองไอโซโทป แต่นักวิจัยก็สามารถแยกแยะตัวอย่างที่มี K-40 ในระดับที่ต่ำกว่านั้นไปอีก(ราว 65 ส่วนในหนึ่งล้านส่วน; 65 ppm) ทีมพบว่าในความเป็นจริงแล้ว ตัวอย่างที่แสดงสภาพพร่อง K-40 ได้แสดงว่าวัสดุสารนี้ถูกสร้างแตกต่างออกไป เมื่อเทียบกับวัสดุสารเกือบทั้งหมดที่เราได้พบบนโลกในทุกวันนี้
แต่ตัวอย่างนั้นจะเป็นซากของโลกดั้งเดิมจริงหรือไม่ เพื่อตอบคำถามนักวิจัยสันนิษฐานตามนี้ พวกเขาให้เหตุผลว่าถ้าโลกดั้งเดิมถือกำเนิดโดยมีวัสดุสารที่พร่อง K-40 แบบนี้ จากนั้นวัสดุสารเกือบทั้งหมดนี้ก็เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีไป จากทั้งการชนครั้งใหญ่และการชนของอุกกาบาตขนาดเล็กกว่าในเวลากว่า 4 พันล้านปีที่ผ่านมา ซึ่งเป็นผลให้วัสดุสารมี K-40 ในสัดส่วนที่สูงขึ้นอย่างที่เราได้พบในทุกวันนี้
ทีมใช้ข้อมูลองค์ประกอบจากอุกกาบาตที่พบทุกๆ ก้อนและใส่แบบจำลองเสมือนจริงว่าสภาพพร่อง K-40 ในตัวอย่างน่าจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร หลังจากการชนโดยอุกกาบาตเหล่านั้นและโดยการชนครั้งใหญ่ พวกเขายังจำลองกระบวนการทางธรณีวิทยาที่โลกพบเจอตลอดเวลาที่ผ่านมา เช่น การร้อนขึ้นและผสมรวมในชั้นเนื้อโลก ในตอนสุดท้าย แบบจำลองเสมือนจริงได้สร้างองค์ประกอบที่มี K-40 ที่สูงกว่าตัวอย่างจากคานาดา, กรีนแลนด์และฮาวาย ที่สำคัญกว่านั้นก็คือ องค์ประกอบที่ได้จากแบบจำลองยังสอดคล้องกับวัสดุสารเกือบทั้งหมดในปัจจุบันด้วย
จากการตรวจสอบ seismic waves ที่เคลื่อนที่ผ่านแมนเทิลและแกนกลางของโลก พบโครงสร้างประหลาด 2 กลุ่มที่ใต้แมนเทิลติดกับแกนโลก Large Low-Velocity Provinces(LLVPs) เป็นส่วนที่คลื่นไหวสะเทือนเดินทางด้วยความเร็วที่ต่ำกว่าปกติใต้แผ่นทวีปอาฟริกาและมหาสมุทรแปซิฟิก ซึ่งบอกถึงองค์ประกอบที่แตกต่างจากแมนเทิล สมมุติฐานบอกว่ามันอาจมาจากธีอา สภาพที่จมน่าจะเกิดจากการมีเหล็กออกไซด์ในระดับที่สูงกว่าแมนเทิลส่วนที่เหลือ
งานวิจัยนี้จึงบอกว่าวัสดุสารที่พร่อง K-40 น่าจะเป็นสิ่งที่เหลืออยู่จากวัสดุสารตั้งต้นของโลกดั้งเดิม ที่น่าทึ่งมากก็คือ สัญญาณของตัวอย่างไม่สอดคล้องพอดีกับสัญญาณจากอุกกาบาตใดๆ ที่เก็บรวบรวมมาเลย ในขณะที่อุกกาบาตในงานก่อนหน้านี้ของทีมได้แสดงความผิดปกติของโพทัสเซียมด้วยเช่นกัน แต่ก็ไม่ได้พร่องในระดับเท่ากับในตัวอย่างของโลกดั้งเดิม นี่หมายความว่ายังไม่เคยได้เห็นอุกกาบาตและวัสดุสารที่ถือกำเนิดมาพร้อมกับโลกดั้งเดิมมาก่อนเลย
นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะเข้าใจองค์ประกอบเคมีเริ่มต้นของโลก โดยการรวมข้อมูลองค์ประกอบจากอุกกาบาตชนิดที่แตกต่างกันเข้าด้วยกัน Nie กล่าว แต่การศึกษาของเราได้แสดงว่าคลังอุกกาบาตในปัจจุบันยังไม่สมบูรณ์ และก็ยังมีอะไรอีกมากที่ต้องเรียนรู้ว่าดาวเคราะห์ของเราเป็นมาอย่างไร
แหล่งข่าว phys.org : geologists discover the first evidence of 4.5-billion-year-old “Proto-Earth”
sciencealert.com : geologists discover remnants of “Proto Earth” deep underground
universetoday.com : scientist have uncovered the first evidence of the 4.5-billion-year-old “Proto Earth”
space.com : scientists discover 1st evidence of 4.5-billion-year-old “Proto-Earth” buried deep within our planet
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
