น้ำที่รั่วซึมถึงแก่นโลก ก่อตัวเป็นโครงสร้างชั้นใหม่ “แหล่งกำเนิดคริสตัล”

ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติจากสหรัฐฯ เกาหลีใต้ และเยอรมนี ค้นพบที่มาของโครงสร้างชั้น “อี-ไพรม์ เลเยอร์” (E- prime layer) ซึ่งห่อหุ้มแก่นโลกชั้นนอก (outer core) และเป็นแหล่งก่อกำเนิดผลึกคริสตัลของโลก โดยชี้ว่าน้ำที่รั่วซึมลงมาจากเปลือกโลกด้านบน ทำปฏิกิริยากับโลหะหลอมเหลวในแก่นโลกชั้นนอก จนเกิดเป็นโครงสร้างชั้นบาง ๆ นี้ขึ้น

เมื่อช่วงทศวรรษ 1990 นักธรณีวิทยาได้ค้นพบโครงสร้างชั้นอี-ไพรม์ เลเยอร์ เป็นครั้งแรก โดยพบว่าตั้งอยู่ที่ระดับความลึก 2,900 กิโลเมตรใต้พื้นโลก และมีความหนาราว 100 กิโลเมตร ซึ่งจัดว่าค่อนข้างบางเมื่อเทียบกับโครงสร้างหลักชั้นอื่น ๆ

ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่า โครงสร้างชั้นอี-ไพรม์ เลเยอร์ คือร่องรอยที่หินหลอมละลายหรือแมกมาจากยุคโบราณซึ่งอุดมไปด้วยธาตุเหล็กได้เหลือทิ้งเอาไว้ นักวิทยาศาสตร์บางกลุ่มคาดว่ามันน่าจะเป็นสสารที่รั่วซึมออกมาจากแก่นโลกชั้นใน หรือเกิดขึ้นในเหตุการณ์กำเนิดดวงจันทร์ ซึ่งโลกชนปะทะเข้ากับดาวเคราะห์ดึกดำบรรพ์ (protoplanet) และดาวนั้นได้ทิ้งบางส่วนของมันเอาไว้ที่ใต้โลก

ล่าสุด รายงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Geoscience เมื่อวันที่ 13 พ.ย. ที่ผ่านมา ระบุว่ามีความเป็นไปได้สูงที่โครงสร้างชั้นอี-ไพรม์ เลเยอร์ จะเกิดจากการรั่วซึมของน้ำบนพื้นผิวโลก โดยการมุดตัวหรือการจมของแผ่นเปลือกโลกได้นำพาน้ำลงไปด้านล่าง จนเกิดการทำปฏิกิริยากับผิวของแก่นโลกชั้นนอกที่เป็นโลหะหลอมเหลว

หากการค้นพบใหม่นี้ถูกต้องไม่ผิดพลาด นั่นหมายความว่าโครงสร้างชั้นอี-ไพรม์ เลเยอร์ คือแหล่งผลิตผลึกซิลิกาปริมาณมหาศาลของโลก โดยเป็นผลพลอยได้จากการที่ไฮโดรเจนในโมเลกุลน้ำทำปฏิกิริยากับโลหะหลอมเหลวที่ผิวของแก่นโลกชั้นนอก ก่อนจะส่งผลึกซิลิกากลับขึ้นไปยังชั้นเนื้อโลก (mantle) และเปลือกโลกด้านบนต่อไป

ทีมผู้วิจัยทำการทดลองหลายครั้งในห้องปฏิบัติการ โดยจำลองสภาพของโครงสร้างใต้โลกที่มีความดันสูงและมีน้ำซึมลงไปถึง ทำให้พบว่าไฮโดรเจนในโมเลกุลน้ำ สามารถเข้าไปแทนที่โมเลกุลของซิลิกาในโลหะหลอมเหลว และขับเอาผลึกซิลิกาให้แยกตัวออกมาจากโลหะที่หลอมละลายได้ ดังนั้นองค์ประกอบของชั้นอี-ไพรม์ เลเยอร์ จึงอุดมไปด้วยไฮโดรเจนและซิลิกาที่ถูกนำออกมาจากแก่นโลกชั้นนอก

ทีมผู้วิจัยยังสันนิษฐานว่า โครงสร้างชั้นบางที่สุดนี้ อาจใช้เวลาก่อตัวนานถึงกว่า 1,000 ล้านปี ก่อนจะมีความหนานับร้อยกิโลเมตรดังเช่นในปัจจุบัน นั่นหมายความว่ามันอาจมีอายุเก่าแก่ยิ่งกว่าแก่นโลกชั้นใน (inner core) ซึ่งก่อตัวจนกลายเป็นลูกเหล็กแข็งเมื่อประมาณ 1,000 ล้านปีที่แล้ว

การค้นพบใหม่นี้ชี้ให้เห็นว่า ความรู้ทางธรณีวิทยาที่มีอยู่เดิม ในเรื่องของปฏิสัมพันธ์ระหว่างชั้นเนื้อโลกกับแก่นโลกชั้นนอกนั้นยังไม่สมบูรณ์

“ก่อนหน้านี้เราเชื่อกันมานานว่า แก่นโลกและเนื้อโลกนั้นแทบไม่มีการแลกเปลี่ยนสสารหรือแร่ธาตุระหว่างกัน แต่ผลการศึกษาใหม่ของเรากลับชี้ว่ามันไม่ได้เป็นเช่นนั้น” ดร.แดน ชิม หัวหน้าทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยแอริโซนาสเตต (ASU) ของสหรัฐฯ กล่าวสรุป

นอกจากผลการศึกษาล่าสุดนี้แล้ว เมื่อเดือน ก.ย. ปี 2022 นักวิจัยทีมเดียวกันได้ค้นพบมาก่อนว่า น้ำที่รั่วซึมลงมาจากเปลือกโลกชั้นบน ได้ทำปฏิกิริยากับแหล่งกักเก็บคาร์บอนขนาดใหญ่ในแก่นโลกชั้นนอก จนกลายเป็นเหมือนกับโรงงานผลิตเพชรเลอค่า ในบริเวณรอยต่อของชั้นเนื้อโลกกับแก่นโลก