التمايز الكوكبي

في علم الكواكب ، يُعرف التمايز الكوكبي بأنه العملية التي تتراكم فيها العناصر الكيميائية لجسم كوكبي في مناطق مختلفة منه، نتيجة لسلوكها الفيزيائي أو الكيميائي (مثل الكثافة والتقارب الكيميائي). وتتوسط عملية التمايز الكوكبي عملية الانصهار الجزئي بفعل الحرارة الناتجة عن تحلل النظائر المشعة وتراكم المادة على الكواكب . وقد حدث التمايز الكوكبي على الكواكب، والكواكب القزمة ، والكويكب 4 فيستا ، والأقمار الطبيعية (مثل القمر ).

على الرغم من أن المواد الصلبة تختلف في تركيبها الكيميائي من الخارج إلى الداخل تبعًا لكثافتها، فإن العناصر المرتبطة بها كيميائيًا تتجزأ وفقًا لتقاربها الكيميائي، "محمولةً" معها بواسطة مواد أكثر وفرة ترتبط بها. فعلى سبيل المثال، على الرغم من أن عنصر اليورانيوم النادر كثيف جدًا كعنصر نقي، إلا أنه أكثر توافقًا كيميائيًا كعنصر ضئيل في قشرة الأرض الخفيفة الغنية بالسيليكات مقارنةً بنواة الأرض المعدنية الكثيفة. ^{[ 1 ]}

عندما اشتعلت الشمس في السديم الشمسي ، تبخر الهيدروجين والهيليوم ومواد متطايرة أخرى في المنطقة المحيطة بها. دفعت الرياح الشمسية وضغط الإشعاع هذه المواد منخفضة الكثافة بعيدًا عن الشمس . جُرِّدت الصخور، والعناصر المكونة لها، من أغلفةها الجوية الأولية، ^{[ 2 ]} لكنها بقيت لتتراكم مكونة الكواكب الأولية .

احتوت الكواكب الأولية على تركيزات أعلى من العناصر المشعة في بداياتها، وقد انخفضت كميتها بمرور الوقت نتيجةً للتحلل الإشعاعي . فعلى سبيل المثال، يُظهر نظام الهافنيوم-التنغستن تحلل نظيرين غير مستقرين، وربما يُشكل تسلسلًا زمنيًا للتراكم. وقد أدى التسخين الناتج عن النشاط الإشعاعي والاصطدامات والضغط الجاذبي إلى انصهار أجزاء من الكواكب الأولية أثناء نموها لتصبح كواكب . وفي المناطق المنصهرة، كان من الممكن للمواد الأكثر كثافة أن تغوص نحو المركز، بينما تصعد المواد الأخف إلى السطح. وتُظهر تركيبات بعض النيازك ( الأكوندريتات ) أن التمايز قد حدث أيضًا في بعض الكويكبات (مثل فيستا )، التي تُعد أجرامًا أصلية للنيازك. ومن المرجح أن النظير المشع قصير العمر 26Al ^كان المصدر الرئيسي للحرارة. ^{[ 3 ]}

عندما تتراكم المزيد من المواد على الكواكب الأولية، تتسبب طاقة الاصطدام في تسخين موضعي. إضافةً إلى هذا التسخين المؤقت، تُولّد قوة الجاذبية في جسم كبير بما يكفي ضغوطًا ودرجات حرارة كافية لصهر بعض المواد. وهذا يسمح للتفاعلات الكيميائية واختلافات الكثافة بخلط المواد وفصلها، ^{[ 4 ]} وانتشار المواد اللينة على السطح. ومن مصادر الحرارة الخارجية الأخرى التسخين الناتج عن المد والجزر .

على الأرض ، تكون قطعة كبيرة من الحديد المنصهر أكثر كثافة بما يكفي من مادة القشرة القارية لتشق طريقها إلى أسفل عبر القشرة إلى الوشاح . ^{[ 3 ]}

في النظام الشمسي الخارجي، قد تحدث عملية مماثلة ولكن بمواد أخف وزناً: قد تكون هيدروكربونات مثل الميثان ، أو الماء في حالته السائلة أو الجليدية، أو ثاني أكسيد الكربون المتجمد . ^{[ 5 ]}

عُثر على مادة بازلتية مميزة على سطح القمر، غنية بالعناصر غير المتوافقة مثل البوتاسيوم ، والعناصر الأرضية النادرة ، والفوسفور، ويُشار إليها غالبًا بالاختصار KREEP . ^{[ 6 ]} كما أنها غنية باليورانيوم والثوريوم . هذه العناصر غائبة عن المعادن الرئيسية في القشرة القمرية التي تبلورت من محيط الصهارة البدائي ، ويُحتمل أن يكون بازلت KREEP قد انحصر كفاصل كيميائي بين القشرة والوشاح، مع ثورات بركانية متقطعة إلى السطح.

تعتمد عملية تكوين اللب على عدة آليات للتحكم في حركة المعادن إلى داخل الجسم الكوكبي. ^{[ 3 ]} تشمل أمثلة هذه الآليات: الترشيح ، والتكوين الصخري ، والاندفاع الملحي، والاصطدامات المباشرة. ^{[ 3 ]} يؤدي اختلاف كثافة المعدن عن السيليكات إلى الترشيح، أي حركة المعدن إلى الأسفل. أما التكوين الصخري فهو عملية تتشكل فيها طبقة صخرية جديدة داخل صدع في جسم صخري موجود مسبقًا. على سبيل المثال، إذا كانت المعادن باردة وهشة، فقد يحدث النقل عبر الشقوق السائلة. ^{[ 3 ]} يجب أن يتوفر ضغط كافٍ لكي يتمكن المعدن من اختراق صلابة المادة المحيطة. ويحدد حجم المعدن المتغلغل ولزوجة المادة المحيطة معدل عملية الغرق. ^{[ 3 ]} تحدث الاصطدامات المباشرة عندما يصطدم جسم ذو أبعاد مماثلة بالجسم الكوكبي المستهدف. ^{[ 3 ]}  أثناء الاصطدام، يحدث تبادل للنوى الموجودة مسبقًا والتي تحتوي على مواد معدنية. ^{[ 3 ]}

يُعتقد أن حدث تمايز الكواكب قد وقع على الأرجح بعد عملية تراكم الكويكب أو جرم سماوي. تتكون الأجرام الأرضية والنيازك الحديدية من سبائك الحديد والنيكل. ^{[ 4 ]}  يتكون لب الأرض بشكل أساسي من سبائك الحديد والنيكل. تشير نتائج دراسات النويدات المشعة قصيرة العمر إلى أن عملية تكوين اللب حدثت خلال مرحلة مبكرة من النظام الشمسي . ^{[ 4 ]} يمكن للعناصر المحبة للحديد، مثل النيكل والكوبالت ، أن تذوب في الحديد المنصهر؛ وتساعد هذه العناصر في تمايز سبائك الحديد. ^{[ 4 ]}

تُهيئ المراحل الأولى من التراكم الأرضية لتكوين النواة. أولًا، تدخل الأجرام الكوكبية الأرضية مدار كوكب مجاور. بعد ذلك، يحدث تصادم، وقد ينمو الجرم الأرضي أو يتقلص. مع ذلك، في معظم الحالات، يتطلب التراكم تصادمات متعددة لأجسام متقاربة الحجم لإحداث فرق كبير في نمو الكوكب. ^{[ 3 ]} تُعد مناطق التغذية وحوادث الاصطدام والهروب من الخصائص التي قد تنتج بعد التراكم. ^{[ 3 ]}

• تمايز اللب والوشاح
• كارثة الحديد
• نموذج بديل في حالة هطول الأمطار