قد يتحكم الانزلاق التفريقي في تشوه بريدجمانيت في الرداء السفلي للأرض

لماذا يتصرف باطن الأرض العميق بشكل مختلف

في أعماق بعيدة تحت أقدامنا، على أعماق تتراوح من مئات إلى أكثر من ألف كيلومتر، تتدفق الصخور في رداء الأرض ببطء على مدى ملايين السنين. تحرّك هذه الحركة العميقة الصفائح التكتونية، ويشكل النشاط البركاني، ويؤثر في كيفية انتشار موجات الزلازل عبر الكوكب. ومع ذلك كشفت القياسات الزلزالية عن لغز: حول الصفائح التكتونية الغارقة، تتصرف الموجات كما لو أن الصخر مُشدود باتجاه محدد، بينما عبر معظم الرداء السفلي تسير الموجات تقريباً بنفس السرعة في كل الاتجاهات. تُظهر هذه الدراسة أن معدنًا رئيسيًا واحدًا، بريدجمانيت، يمكنه تفسير السلوكين بشكل طبيعي — اعتمادًا بشكل أساسي على الحرارة.

المَعْدِن الأكثر شيوعًا في باطن الأرض العميق

يُعتقد أن البريدجمانيت هو أكثر المعادن وفرة في الرداء السفلي للأرض، حيث يشكل نحو ثلاثة أرباع الصخور في هذه المنطقة. ليس متساوي الصلابة في كل الاتجاهات على مستوى البلورة: اعتمادًا على كيفية محاذاة حبيباته الصغيرة، قد تنتقل موجات الزلازل بسرعة أكبر في اتجاه ما مقارنةً بآخر. عندما تشترك العديد من الحبيبات في توجيه مشابه — نمط يُسمى التفضيل التوجيهي — يصبح الصخر ككل مُعتمدًا اتجاهيًا أو لا تماثليًا بالنسبة للموجات الزلزالية. لسنوات، ناقش العلماء ما إذا كان الرداء السفلي المتقارب في خواصه يعني أن البريدجمانيت هناك لا يتشوه عن طريق عملية انزلاق البلورات المعروفة باسم انزلاق التفكك، والتي تميل إلى خلق تفضيلات توجيهية.

إعادة خلق الرداء العميق في المختبر

لمعالجة هذا السؤال، ضغط الباحثون عينات بريدجمانيت مُصنّعة إلى نحو 25 جيجا باسكال — ضغوط مشابهة لتلك القريبة من عمق 700–800 كيلومتر — وسخنوها إلى 1700–2100 كلفن. اختبروا تراكيب خالية من الحديد وأخرى تحتويه، مطابقة لما يُتوقع في الصخور الحقيقية للرداء. باستخدام مكابس خاصة، ضاغطوا وموّلوا العينات بمعدلات مسيطر عليها، ثم فحصوا كيف دارت الحبيبات البلورية الصغيرة وإعادة تبلورت. سمحت حيود الأشعة السينية عالية الطاقة، المنفذة في مرفق سينكرونترون، برسم خريطة كيفية اتجاه الشبكات البلورية قبل وبعد التشوه.

مفتاح حراري في محاذاة البلورات

كشفت التجارب عن مفتاح واضح يقوده الحرارة في كيفية اصطفاف بلورات البريدجمانيت أثناء تشوهها. عند درجات حرارة أقل (أدنى من نحو 1800 كلفن)، تطور البلورات نسيجًا منظّمًا وقويًا: تتراص اتجاهات بلورية معينة مع الإجهاد المطبق، مكونة نمطًا يؤدي إلى اختلافات اتجاهية قوية في سرعات الموجات. عند درجات حرارة أعلى (نحو 1900–2100 كلفن)، تعيد البلورات تنظيم نفسها إلى نمط محاذاة مختلف يؤدي، تحت القص الأفقي، إلى لا تماثلية زلزالية أضعف بكثير — سلوك يكاد يكون متساوي الخواص — رغم أن آلية التشوه لا تزال انزلاق التفكك. من المهم أن هذا الانتقال ظهر في العينات الفقيرة والالغنية بالحديد على حد سواء، مما يشير إلى أن الحرارة، لا الكيمياء، هي السيطرة الأساسية تحت هذه الظروف.

من أنسجة البلورات إلى موجات الزلازل

باستخدام اتجاهات البلورات المقاسة مع الخواص المرنة المعروفة للبريدجمانيت، حسب الفريق كيف ستنتقل موجات P وS الزلزالية عبر هذه الأنسجة. وجدوا أن النسيج منخفض الحرارة ينتج لا تماثلية أزي موباطية ملحوظة: يمكن للموجات أن تسير بسرعة أكبر في اتجاهات مرتبطة بتدفق القص، خاصة في مناطق القص الأفقي مثل تلك تحت الألواح الغارقة. في المقابل، ينتج النسيج عالي الحرارة تحت نفس القص فروقًا طفيفة جدًا في سرعة الموجة، مما يعطي توقيعات تكاد تكون متساوية الخواص. هذا يوفّر تفسيرًا طبيعيًا لسبب رؤية لا تماثلية زلزالية قوية تحت مناطق الاندساس الباردة، بينما يبدو الرداء السفلي الأدفأ المحيط تقريبًا متساوي الخواص، دون الحاجة إلى افتراض نمط تشوه مختلف تمامًا.

إعادة التفكير في تدفق الرداء العميق

بجمع هذه النتائج معًا، يقترح المؤلفون أن انزلاق التفكك في البريدجمانيت قد يهيمن على التشوه في أجزاء كبيرة من الرداء السفلي. في المناطق الباردة قرب الألواح الغارقة، يؤدي نسيج البلورات منخفض الحرارة إلى لا تماثلية قوية ومرصودة، متطابقة مع العديد من الدراسات الزلزالية الإقليمية. في المناطق الأكثر دفئًا أو الأعمق أو الأبعد، يجعل النسيج عالي الحرارة الرداء يبدو تقريبًا متساوي الخواص بالنسبة للموجات الزلزالية رغم أن البلورات ما تزال مصفوفة والصخر لا يزال يتدفق. هذا يعني أن غياب لا تماثلية قوية لا يُقصد به بالضرورة غياب المحاذاة البلورية أو التحول إلى آلية انزلاق مختلفة. بدلًا من ذلك، يمكن أن يوحّد تغيير مُتحكم به بالحرارة في السلوك المجهري للبريدجمانيت الملاحظات المتضاربة سابقًا ويقدّم صورة أوضح لكيفية تحرّك وتطوّر داخل كوكبنا العميق عبر الزمن الجيولوجي.

الاستشهاد: Guan, L., Yamazaki, D., Tsujino, N. et al. Dislocation creep may control bridgmanite deformation in the Earth’s lower mantle. Commun Earth Environ 7, 183 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03212-9

الكلمات المفتاحية: الرداء السفلي للأرض, بريدجمانيت, لاتماثل زلزالي, حركة الرداء, انزلاق التفكك