دليل نظائير الزنك على إعادة تدوير واسعة للكربونات في الأستينوسفير القطبي

لماذا يهم كربون أعماق الأرض

جزء كبير من كربون الأرض مخفي عميقاً تحت أقدامنا، حيث يؤثر بهدوء على النشاط البركاني والزلازل والمناخ طويل الأمد. تفحص هذه الدراسة أسفل المحيط القطبي، على امتداد قطاع ناءٍ من حيد منتصف المحيطات يُسمى حيد جاكل، لطرح سؤال مفاجئ: لماذا تحتوي الحمم هناك على قدر كبير من الكربون رغم بعدها عن «البؤر الساخنة» العميقة أو مناطق الغوص النشطة؟ باتباع بصمة كيميائية دقيقة في الزنك، يتتبع المؤلفون كيف أن كربونات قاع البحر القديمة، التي كانت جزءاً من قشرة المحيط، تساهم الآن في تغذية نشاط بركاني غني بالكربون في أحد أكثر أركان الكوكب عزلة.

حيد هادئ بحمولة كربون غير متوقعة

تُعد أحزمة حيد منتصف المحيطات سلاسل جبلية طويلة تحت الماء تتشكل فيها قشرة محيطية جديدة أثناء تباعد الصفائح. عادةً ما يُتوقع أن الحُدود البعيدة عن البؤر الساخنة ومناطق الغوص تستقي من وشاح فقير نسبياً بالكربون. يخالف حيد جاكل، أبطأ حيد امتداد في العالم تحت الجليد القطبي، هذه القاعدة. أظهرت أعمال سابقة أن الحمم هناك تحتوي على نحو ثلاثة أضعاف ثاني أكسيد الكربون مقارنةً بالحدود «الهادئة» النموذجية، وتضاهي مستويات الكربون في الحُدود المتأثرة بانتفاخات صاعدة من أعماق الأرض. تهدف الدراسة الجديدة لشرح هذا اللغز من خلال فحص الكيمياء والنظائر لعينات البازلت المنتزعة على امتداد قسم بطول 1100 كيلومتر من الحيد.

الزنك كمتعقِّب لكربونات مخفية

الدليل الرئيسي يكمن في نظائر الزنك، وهو معدن موجود في الصخور وبعض المعادن الحاملة للكربون. تمتلك الكربونات السطحية، مثل تلك المتشكلة في الرواسب البحرية، نسب نظائر زنك «أثقل» بشكل مميز مقارنةً بمتوسط الوشاح. إذا انجرفت هذه الكربونات إلى الأسفل عند مناطق الغوص وبقيت على قيد الحياة إلى أعماق كبيرة، فيمكن أن تختلط لاحقاً بالوشاح تحت الحُدود وتنقل إشارة الزنك الخاصة بها إلى الصهارات الصاعدة. تُظهر بازلتات جاكل قيم نظائر زنك أثقل بشكل منهجي من تلك الخاصة ببازلتيات حيد منتصف المحيطات النموذجية في العالم. تستبعد الاختبارات الدقيقة تفسيرات أخرى، مثل التغيرات الناتجة عن تكوّن البلورات أو درجتي الانصهار أو الاختلاط بقشرة معاد تدويرها خالية من الكربونات. وأبسط تفسير هو أن الوشاح تحت جاكل يحتوي على كمية صغيرة لكنها مهمة من كربونات غنية بالمغنيسيوم ومعاد تدويرها.

ربط كربون الأعماق بالغوص القطبي القديم

تقترح نماذج جيوكيميائية أن إضافة نحو 1–4 بالمئة فقط من الكربونات المعاد تدويرها إلى وشاح مستنزف تقليدي يمكن أن تعيد إنتاج أنماط نظائر الزنك والعناصر النزرة ونظائر السترونشيوم-النيفوديوم في حمم جاكل. من أين أتت هذه الكربونات؟ تشير إعادة بناء الصفائح وصور الزلازل إلى محيط قديم، محيط جنوب أنويي، تم غوصه تحت المنطقة القطبية في العصر الطباشيري المبكر قبل أكثر من 130 مليون سنة. تقبع صفائح هذا المحيط المندثرة الآن عميقاً في الوشاح، لكن بعض الكربونات التي حملتها بدت عالقة في الأستينوسفير أعلاه. ومع الدوران البطيء لصخور الوشاح، يمكن أن تُجرف هذه الرقع الغنية بالكربونات إلى الانتفاخ الصاعد تحت حيد جاكل، مما يُثري صهاراته بالكربون والزنك الثقيل.

ما يعنيه ذلك للوشاح العلوي

تشير النتائج إلى أن محتوى الكربون في الوشاح العلوي لا يتحكم فيه فقط البؤر الساخنة الحالية التي تضخ الكربون العميق نحو الحُدود. بدلاً من ذلك، يحمل الوشاح أيضاً ذاكرة طويلة الأمد للغوص القديم، مخزنة على شكل جيوب متناثرة من الكربونات المعاد تدويرها التي يمكن أن تستمر لأكثر من 130 مليون سنة. عند حيد جاكل، من المحتمل أن هذا الإرث الخفي يعزز انصهاراً أعمق وأكثر غنىً بالكربون، ما قد يساعد في تفسير ميزات غير معتادة مثل الزلازل العميقة والانفجارات البركانية البحرية العنيفة في المنطقة. بصورة أوسع، قد تعمل عمليات مشابهة تحت حُدود بعيدة وثورات بركانية داخل الصفائح، ما يعني أن كربونات قاع البحر المعاد تدويرها لاعب رئيسي، وعلى الأرجح مُقلل من قدره سابقاً، في تشكيل دورة الكربون العميقة للكوكب.

رسالة بسيطة يمكن الاحتفاظ بها

بعبارة مبسطة، تُظهر هذه الدراسة أن بعض الكربون المحبوس في براميل البازلت القطبية اليوم بدأ حياته كرواسب كربونات قاعية قبل أكثر من 100 مليون سنة. انجرفت تلك الرواسب عميقاً داخل الأرض عبر الغوص، ذابت جزئياً أو تلاشت، وثُبتت لاحقاً في طبقة الوشاح اللينة تحت القطب. ولا تُستغل إلا الآن من قِبل الصهارات الصاعدة تحت حيد جاكل، ما يزيد من محتوى الكربون في حممه. بقراءة «بصمة» نظائر الزنك في هذه الصخور، يكشف العلماء كيف أن حركات الصفائح القديمة تواصل تشكيل ميزان الكربون العميق الحديث وبشكل غير مباشر سلوك كوكبنا على المدى الطويل.

الاستشهاد: Zhang, WQ., Ding, WW., Liu, CZ. et al. Zinc isotope evidence for extensive carbonate recycling in the Arctic asthenosphere. Nat Commun 17, 4340 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71022-w

الكلمات المفتاحية: دورة الكربون العميقة, حيد جاكل, كربونات الوشاح, نظائر الزنك, إعادة تدوير أثناء الغوص