معمای آبشار خون، شگفتی بزرگ جاری بر برف

در سال ۱۹۱۱، یک زمین‌شناس استرالیایی به نام توماس گریفیت تیلور، در حال کاوش در دره‌ای در قطب جنوب بود که به صورت تصادفی با یک آبشار عجیب روبرو شد. آبی که از زیر یخچالی به نام تیلور جاری می‌شد، پس از تماس با هوا، به رنگ قرمز تیره در می‌آمد و از همین رو این مکان را “آبشار خون” نامگذاری کرده بودند. در طول یک قرن گذشته، فرضیه‌های متعددی برای توجیه این پدیده عجیب مطرح شده بود. حالا تیمی از دانشمندان بر این باورند که بالاخره پاسخ این سوال را یافته‌اند: وجود نانوکره‌های ریز غنی از آهن، سیلیس، کلسیم، آلومینیوم، سدیم و سایر عناصر.

ولی چرا حل این معما بیش از یک قرن به طول انجامید؟ طبق مقاله‌ای که اخیرا در مجله “مرزها در نجوم و علوم فضایی” منتشر شده، این طور به نظر می‌رسد که نانو کره‌ها، موادی آمورف هستند؛ بدین معنا که فاقد ساختار کریستال هستند و از همین رو از روشهای تحلیلی قبلی که به دنبال مواد معدنی بودند، گریزان بودند؛ به این دلیل که از نظر تکنیکی آنها مواد معدنی به شمار نمی‌روند.

شاید به نظرتان انتخاب یک مجله نجوم و فضایی برای انتشار این مقاله عجیب به نظر برسد ولی آبشار خون در یخچال تیلور، یک سایت برای اخترزیست شناسان و دانشمندان سیاره‌شناسی است که تمایل زیادی دارند تا درباره چگونگی تکامل و رشد حیات در محیط‌های سخت در جهان اطلاعات بیشتری کسب کنند.

تجهیزات مریخ نوردی در مسیر یخچال تیلور
کن لیوی، از دانشگاه جان هاپکینز که یکی از نویسندگان این مقاله است در این باره گفته:«با ظهور ماموریت‌های مریخ‌نوردها، تمایل زیادی برای تلاش در راستای تجزیه و تحلیل مواد جامدی که در آب آبشار خون وجود دارد، ایجاد شده است؛ گویی که اینجا یک سایت مریخی است. چه اتفاقی می‌افتد اگر یک مریخ‌نورد در قطب جنوب فرود بیاید؟آیا این مریخ‌نورد می‌تواند مشخص کند که چه چیزی باعث قرمز شدن آبشار خون می‌شود؟ این سوال جذابی است و چندین محقق مشغول بررسی آن هستند.»

یکی دیگر از این محققان جیل میکوچی از دانشگاه تنسی است؛ یک میکروبیولوژیست که سال‌ها درباره یخچال تیلور و آبشار خاص آن تحقیق کرده است. او و تیمش با بهره‌گیری از تکنیک‌هایی که ناسا برای ماموریت‌های مریخی در مسیر اکتشاف سطح این سیاره استفاده می‌کردند، برروی نمونه‌های برداشته شده از این سایت، مطالعه کردند. از جمله این تکنیک‌ها می‌توان به طیف‌سنجی Mossbauer که توسط مریخ‌نوردهای اسپیریت و آپورچونیتی استفاده شده بود، طیف‌سنجی مادون قرمز نزدیک (VNIR)، طیف‌سنج مادون قرمز متوسط-دور مورد استفاده در نقشه‌بردار سراسری مریخ و فضاپیمای ادیسه مریخ؛ پراش پرتو ایکس درجا (XRD) که درمریخ نورد کنجکاوی استفاده شده بود و طیف‌سنج رامان که در مریخ‌نورد استقامت مورد استفاده قرار گرفته بود، اشاره کرد.

موجودات زنده در اطراف آبشار خون
در سال ۲۰۰۹، تیم میکوچی ، موجودات زنده‌ای را در دریاچه زیر یخچال تشخیص دادند که ۱۷ گونه مختلف میکروب بودند و به نظر می رسید که با گرفتن انرژی‌شان از گوگرد و آهن، توانایی بقا در آب‌های تاریک و بدون اکسیژن را دارند. در سال ۲۰۱۴، این تیم با بهره‌گیری از ابزار خاصی به نام IceMole، به صورت مستقیم از آب نمکی که از آبشار خون جاری بود، نمونه‌برداری کردند.

تیم میکوچی تمام یخچال‌ها، غارها و رودخانه‌ها را نقشه‌برداری کردند تا مشخص کنند که آب از یک مخزن زیر یخچال شور و غنی از مواد معدنی سرچشمه می‌گیرد و در هنگام حرکت در بین صخره‌ها، با یخ‌ها برخورد می‌کند. آنها دریافتند که این آب شور خیلی سرد (با دمای منفی هفت درجه سانتیگراد)، غنی از آهن و ۸% کلراید سدیم است. آنها همچنین توانستند یک باکتری دوستدار آب نمک که در محیط های سرد و بی‌هوازی رشد می‌کند و همچنین دو نوع دیگر باکتری را نیز از آب جدا کنند.

با این وجود این محققان هنوز نتوانسته‌ بودند تا دلیل رنگ قرمز این آبشار خون را تشخیص دهند. کاشفان اولیه قطب در ابتدا فکر می‌کردند که وجود جلبک‌های قرمز باعث می‌شود تا این آبشار قرمز رنگ باشد. ولی بعدها محققان احتمال وجود اکسیدهای آهن را مطرح کردند (آهن به شکلی در نمونه‌های اصلی گرفته شده از آب آبشار خون وجود دارد.) به نظر می‌رسد که رنگ این مواد در طول تابستان پررنگ‌تر می‌شود و گزارش‌های تاریخی حکایت از آن دارد که رنگ این آبشار زرد و نارنجی بوده که به گوتیت یا مگنتیت نسبت داده می‌شده.

مطالعه‌ای که در سال ۱۹۶۵ انجام شده، آراگونیت، کوارتز و فلدسپات را در بخش خروجی یخچال همراه با مقدار کمی مگنتیت و میکا تشخیص داده بود ولی در آن بررسی از گوتیت اثری نبود.

نتایج آخرین مشاهدات چیست؟
اما در آخرین مطالعه اعضای تیم میکوچی، از نمونه‌های جمع‌آوری شده با اسکوپ استریل از مخروط یخی آبشار خون استفاده کردند که یک بار در نوامبر ۲۰۰۶ و دو بار در میانه‌ها و اواخر نوامبر ۲۰۱۶ جمع‌آوری شده بودند. آنها با بهره‌گیری از متدهای مختلفی به آنالیز این نمونه‌ها پرداختند. در مقاله منتشر شده در این باره می‌خوانیم:« هر تکنیک بخشی از پازل را حل کرد.» جالب اینجاست که این بخش، ممکن بود چندین ماده معدنی پیشنهادی قبلی را رد کند.

آخرین آنالیزها وجود آراگونیت، کوارتز و فلدسپات و همچنین کلسیت و کانی‌های رسی که پیش از این تشخیص داده شده بود را تائید کرد. هرچند که با ادعای قبلی که گفته می‌شد رنگ قرمز این آبشار از اکسیدهای آهن می‌آید، تناقض داشت و فقط مقادیر بسیار کمی از اکسیدهای آهن یافت شد. از سوی دیگر آنالیزهای TEM وجود نانوکره‌های غنی از آهن را نشان داد.

لیوی در این رابطه گفته:« برای آنکه اتم‌ها یک ماده معدنی باشند، باید در ساختار بسیار مشخص و کریستالی چیده شوند. این نانوکره‌ها کریستالی نیستند؛ پس متدهایی که پیش از این برای تشخیص این مواد مورد استفاده قرار گرفته بود، موفق به شناسایی آنها نشده بود.»

آهن موجود در نانوکره‌ها اکسید می‌شوند تا آبی که در آبشار خون جریان دارد به رنگ قرمز دربیاید. نویسندگان این مقاله معتقدند که آهن ممکن است در این عملیات تنها نباشد و حضور برخی عناصر دیگر مثل کلر، منیزیم و سدیم ممکن است باعث ایجاد رنگ زرد متمایل به نارنجی در بخش خروجی شده باشند.

لیوی ادامه داد:« اقدامات ما نشان داد که تجزیه و تحلیل انجام شده توسط مریخ‌نوردها در تعیین ماهیت واقعی مواد محیطی در سطوح سیاره ناقص است. این موضوع به ویژه درباره سیاره‌های سردتری مثل مریخ، جایی که مواد تشکیل شده ممکن است در ابعاد نانو و غیرکریستالی باشند، صادق است؛ در نتیجه روش‌های ما برای شناسایی این مواد کافی نیست و برای درک واقعی ماهیت سطوح سیارات سنگی، بهره‌گیری از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری ضروری است که در حال حاضر امکان استفاده از آن در مریخ وجود ندارد.»