מדענים שמפיקים יהלומים מחמאת בוטנים עשויים לגלות כיצד נוצר העולם

ניסוי גיאולוגי מפתיע מנסה להתחקות אחר היווצרות כדור הארץ

בועז מזרחי | 5 אפריל, 2015

במעבדה במכון הגיאולוגי בפאתי העיר ביירוית', כ-90 ק"מ צפונית לעיר נירנברג שבגרמניה, מתרחש אחד הניסויים המשונים ביותר ששמענו עליהם: מדענים מנסים להפוך חמאת בוטנים ליהלומים. זוהי לא מזימת התעשרות של מדען מטורף, אלא ניסיון נועז להבין את מקורות כדור הארץ ואת התנאים שהובילו לקיומם של חיים.

המחקר המשונה נחשף ב- BBC Future, שם מדווח דייויד רובסון על ההתפתחויות המרעישות, או – כיצד חמאת בוטנים עשויה לתרום לחשיפת סודות הטמונים עמוק בגרעין כדור הארץ. דן פרוסט, המדען שמוביל את המחקר, מנסה לחקות את התנאים המתקיימים בבטן האדמה כדי להבין מאילו חומרים מורכב הכוכב שלנו וכיצד הם הגיעו לשם. זאת בתקווה שהנתונים יעזרו להבין כיצד נוצר כדור הארץ: "אם אנו רוצים להבין איך כדור הארץ נוצר, אחד הדברים שעלינו לדעת הוא ממה עשוי כוכב", הוא אומר.

כמה מהמסקנות העולות מהמחקר מפתיעות במיוחד, כמו למשל שייתכן ומתחת לקרום כדור הארץ כלואים אוקיינוסים, או האפשרות לפיה ציפוי יהלומים מתחת לפני השטח הוא שמונע מכדור הארץ להתחמם. אבל כל דבר בעתו. כדי להבין כיצד הגיעו לתיאוריות הללו, צריך לעבור קודם לחץ החזק פי 1.3 מיליון מהלחץ האטמוספרי שאתם חשים על גופכם ברגעים אלה ממש.

מסע אל בטן האדמה

כדור הארץ בנוי מכמה שכבות עיקריות: במרכז הכוכב נמצא גרעין כדור הארץ, מעליו נמצאת שכבת המעטפת התחתונה, מעליה שכבת המעטפת העליונה ומסביב לכל החבילה נמצא קרום כדור הארץ – השכבה שעליה אנו חיים. פרוסט וצוותו מנסים לגשר על פער גדול בידע שלנו – מהו הרכבן של השכבות הפנימיות. התיאוריה הנפוצה בקרב מדענים גורסת כי הכוכב שלנו עשוי מאותם חומרים שמהם עשויים מטאוריטים (כוכבים נופלים) שהגיעו מחגורת האסטרואידים המקיפה את השמש. כלומר, עצמים שהגיעו מהחלל התרסקו בכדור הארץ ופלטו את החומרים שלהם. הבעיה שמטרידה את המדענים והובילה אותם למחקר זה היא שבקרום כדור הארץ נמצאו ריכוזים שונים של סיליקון מאלה הקיימים באסטרואידים. אם כך, לאן נעלם כל הסיליקון?

האם כאן נמצאות התשובות לראשית כדור הארץ? Wikimedia Commons/ Kelvinsong.

אחת ההשערות היא שהסיליקון שקע לשכבות התחתונות של כדור הארץ, למעטפת. כדי לבחון זאת, פרוסט מנסה לייצר את התנאים המתקיימים במעבה האדמה – לחץ וחום גבוהים ביותר. הוא עושה זאת באמצעות מכבשים וכבשנים שדוחסים ומחממים גבישי חומר בעוצמה אדירה, הגורמת לאטומים לשנות את המבנה שלהם לחזק יותר. בזמן שהגבישים מתבשלים ונמחצים, פרוסט מעביר דרכם גלי קול ומודד את התוצאות. לאחר מכן הוא משווה את הנתונים שהתקבלו לקריאות סיסמוגרפיות של גלים שעברו בבטן האדמה. כך הוא יכול לגלות האם מבנה החומר שיצר דומה לזה הקיים בחלקים השונים של מעטפת כדור הארץ.

התוצאות הראו כי ריכוז הסיליקון במעטפת כדור הארץ נמוך מזה שקיים במטאוריטים. כאן נותר פרוסט עם שלוש אפשרויות: האחת היא שהסיליקון שקע עמוק יותר, אל גרעין כדור הארץ, השנייה היא ייתכן כי בקרום כדור הארץ היה ריכוז גבוה יותר של סיליקון, אבל הוא התפזר לחלל עם פגיעות מטאוריטים, והאפשרות השלישית היא שכעת צריך לחשוב מחדש על החומרים שמהם אנו מעריכים שכדור הארץ עשוי.

הסוד הוא בפחמן

אבל כיצד כל זה קשור ליהלומים או לחמאת בוטנים? נדמה כי הניסוי הגיע למבוי סתום, אבל בתהליך הדחיסה האינטנסיבי נוצר חומר נוסף – המינרל רינגוודיט. עד כה לא היה ידוע על קיומו של המינרל בכדור הארץ והוא נמצא רק במטאוריטים או בייצור מלאכותי במעבדות. אולם בשנת 2014 התגלתה אבן רינגוודיט שנכלאה בתוך יהלום שנכרה בברזיל. מדוע האבן הזו כל כך משמעותית? הסיבה לכך היא שהיא מכילה מים, וייתכן שריכוזים גבוהים שלה במעטפת כדור הארץ אוצרים אוקיינוסים אדירים.

כאן נכנסים לתמונה היהלומים של פרוסט. הוא משער שסדרת תהליכים כימיים וגיאולוגיים מושכים פחמן דו-חמצני מהאוקיינוסים (אלה המוכרים לנו) ומפקידים את המולקולות הללו באבני הרינגוודיט שבמעטפת כדור הארץ. שם, הלחץ והחום מפשיטים את החמצן ומשאירים את הפחמן לבדו להפוך ליהלומים. וזה בדיוק התהליך שהצליח פרוסט לשחזר במעבדה שלו. למעשה, היהלומים שנוצרים בדרך הזאת היו פעם אוויר.

הניסוי הזה מאפשר לייצר יהלום מכל חומר העשיר בפחמן, כמו למשל…חמאת בוטנים. תחנת טלוויזיה בגרמניה ביקשה מפרוסט לבצע את התהליך, והוא נעתר. במעבדה שלו הוא דחס חמאת בוטנים ואכן ייצר ממנה יהלומים, אבל הניסוי נחרב בשל כמויות מימן גדולות שהשתחררו במהלכו.

יהלומים מחמאת בוטנים. לא נתעשר מזה, אבל אולי נגלה מהיכן הגענו.

פרוסט אמנם לא יוכל להתעשר מהדרך שגילה לייצור יהלומים: "אם נרצה יהלום של 2-3 מ"מ, נצטרך לדחוס אותו במשך שבועות". אבל הניסויים שלו בהחלט מסייעים רבות להבנת היווצרות החיים על פני כדור הארץ. אם נחזור רגע לבטן האדמה, ההשערה של פרוסט היא שייתכן ומרבצי היהלומים שנוצרו מהפחמן הדו חמצני של האוקיינוסים השתתפו ביצירת התנאים לחיים. יהלומים הם הצורה היציבה ביותר של פחמן בטבע, ולכן הסיכוי שהמולקולות ישתחררו חזרה לאטמוספרה הוא קטן. לכן, ייתכן שהיהלומים האטו את התחממות כדור הארץ בראשית ההיסטוריה שלו, מה שיצר תנאים מתאימים להתפתחותם של חיים.

האם יש קשר בין החיבה שלנו ליהלומים לבין התפקיד שמילאו בהתפתחותנו? התשובה נתונה לפרשנות כיד הדמיון הטובה עליכם. שאלות רבות יש בדרך, והמסע לפענוח תעלומת כדור הארץ עוד ארוך מאוד. אבל מעניין אילו עוד רמזים לגילוי מקורות החיים מסתתרים במזווה שלנו ובמקומות מפתיעים נוספים.