9 دقیقه
تصور کنید سیارهای که سپر نامرئیاش بهطور تدریجی نازک میشود، سپس میلغزد و در نهایت واژگون میشود. نه یکشبه. نه در طول عمر یک انسان. در طول دهها هزار سال. این چیزی است که مجموعهای از رسوبات کهن بستر دریا به دانشمندانی که در سال 2012 در اقیانوس اطلس شمالی حفاری کردند، به نظر میرسد گزارش میدهد.
میدان مغناطیسی زمین اغلب بهعنوان سپری پایدار در برابر تشعشعات کیهانی تصور میشود، اما رکوردهای زمینشناسی نشان از سامانهای بسیار پویا و متغیر دارند. پژوهشهای جدید که رسوبات باستانی اقیانوسی را بررسی کردهاند نشان میدهد که برخی از وارونگیهای مغناطیسی (وارونگی میدان مغناطیسی) بسیار کندتر از آنچه پیشتر تصور میشد، رخ دادهاند. اعتبار تصویر: Shutterstock
خواندن لایههای مغناطیسیِ زمان
در اعماق دریا، هر لایهٔ نازک رسوب صفحهای از تاریخ زمین است. بلورهای بسیار ریز مگنتیت، که یا توسط میکروبها تولید میشوند یا بهصورت گرد و غبار جابهجا میشوند، در هنگام تشکیل لایه جهتگیریشان را با میدان مغناطیسی هماهنگ میکنند. در طول میلیونها سال این ذرات به یک رکورد دائمی از جهت و شدت میدان تبدیل میشوند. پالئومغناطیسپژوهان آن رکوردها را مانند کارآگاهانی که اثر انگشت میخوانند، تحلیل میکنند.
بیشتر وارونگیهای ژئومغناطیسی — لحظاتی که قطبهای شمال و جنوب جایشان را عوض میکنند — پیشتر فرض میشد رویدادهایی چندهزارهای باشند که در حدود ده هزار سال رخ میدهند. اما زمانی که تیمی به سرپرستی Yuhji Yamamoto (دانشگاه کوچی) و Peter Lippert (دانشگاه یوتا) هستههایی را از عمق تا 300 متر در زیر اقیانوس اطلس شمالی در سواحل نیوفاندلند بیرون کشیدند، با چیزی غیرمنتظره روبهرو شدند: بازههایی که تغییر فراتر از شکل متعارفِ یک جهش فشرده، بسیار طولانیتر کشیده شده بود.
یک بستهٔ رسوبی تنها به ضخامت هشت متر، انتقال قطبیتی را ضبط کرده بود که نه یک جهش سریع، بلکه تکانشی کشدار و نوسانی بود. بخش ناپایدار در طول چندین سانتیمتر از هسته پراکنده شده بود. این سرنخ نشان از یک وارونگی حرکتآهسته داشت — نه یک طوفان کوتاه، بلکه فصلی طولانی از آشفتگی در سامانهٔ مغناطیسی زمین.
چگونه تیم، وارونگیهای کند را بازسازی کرد
استراتژی نمونهبرداری اهمیت دارد. پژوهشگران به آن بازهٔ مشکوک بازگشتند و در فاصلههایی بسیار دقیق نمونهبرداری کردند — تنها چند سانتیمتر بین نمونهها — تا رزولوشن زمانی را افزایش دهند. در طول چندین سال اندازهگیریهای آزمایشگاهی و مدلسازی سنی دقیق، آنها جدولهای زمانی با دقت بالا برای دو وارونگی حفظشده در رسوبات ائوسن ساختند: یکی در حدود 18 هزار سال و دیگری که تا حدود 70 هزار سال امتداد داشت.
این کار، دادههای جهت و شدت پالئومغناطیسی را با محدودیتهای نرخ رسوب (sedimentation-rate) ترکیب کرد تا عمق را به زمان تبدیل کند. مدلهای محاسباتی ژئوداینو — هستهٔ بیرونی هادی برق که با همرفت میدان مغناطیسی تولید میکند — مدتها پیش پیشبینی کردهاند که وارونگیها میتوانند در مدت بسیار متفاوتی رخ دهند. بسیاری کوتاهاند؛ بعضی میتوانند بسیار طولانیتر باشند. این رکورد سنگی جدید شواهد تجربی و محکمی فراهم میآورد که نشان میدهد جهشهای مغناطیسی زمین میتوانند مانند فیلمهای حرکتآهسته بازی شوند.
کیفیت دادهها و تفسیر
برای اطمینان از اینکه سیگنال منعکسکننده میدان و نه اختلالات محلی رسوب است، پژوهشگران برای یافتن شواهدی از آلودگی دیازنتیک (diagenetic overprints)، بیوتورباسیون (bioturbation) و تغییر در کانیشناسی بررسی کردند. ذرات حامل مگنتیت در این لایههای ائوسن یک امضای مغناطیسی پایدار و همگرا را حفظ کرده بودند. همبستگی با دیگر رکوردهای جهانی و احتمالپذیری فیزیکی این بازههای زمانی — که با شبیهسازیهای ژئوداینو همخوانی دارد — تفسیر را تقویت میکند.
Yuhji Yamamoto حیرت خود را صریح بیان کرد: «این یافته فرآیندی وارونگی را که بهطرز فوقالعادهای طولانی شده آشکار ساخت، که فهم متداول را به چالش کشید و ما را واقعاً شگفتزده کرد.» این اظهارنظر نشان میدهد که حتی دانشمندان فعال در این حوزه نیز از وسعت زمانشناسی وارونگی شگفتزده شدهاند.
چرا طول مدت اهمیت دارد؛ تأثیرات بر آب و هوا و زیست
میدان مغناطیسی بیش از یک نشانگر قطبنما است. این میدان همچون یک فیلتر در برابر ذرات باردار از خورشید و پرتوهای کیهانی از فضای عمیق عمل میکند. زمانی که میدان در طی وارونگی ضعیف و بههمریخته میشود، ذرات با انرژی بیشتر میتوانند وارد بالاترین لایههای جو شوند. این ورود میتواند شیمی جو را تغییر دهد، برای مثال با افزایش تولید نیتروژن واکنشی و گونههای اکسیژنِ غیرمعمول، و همچنین نحوهٔ توزیع انرژی خورشیدی در سیستم را تغییر دهد.
این آشفتگیهای شیمیایی و تابشی میتوانند در فرآیندهای اقلیمی پژواک پیدا کنند؛ شکلگیری ابرها، توزیع گرما و واکنشهای شیمیایی لایههای بالایی جو ممکن است تحت تأثیر قرار گیرند. علاوه بر این، ارگانیسمهایی که از نشانههای مغناطیسی برای ناوبری استفاده میکنند — از پرندگان مهاجر تا برخی از گونههای دریایی — ممکن است تحت تأثیر قرار بگیرند. «میدان مغناطیسی توری ایمنی در برابر تابشهای فضایی فراهم میآورد،» Peter Lippert میگوید. «اگر آن توری برای دهها هزار سال شل شود، درهای مواجهه با تشعشعات کیهانی با شدت و مدت بیشتر باز میشود — که میتواند نرخهای جهش، فرسایش جوی به شکلی جزیی و رفتارهای وابسته به ناوبری را تحت تأثیر قرار دهد.»
ارتباطات مستقیم بین وارونگیهای کند و انقراضهای جمعی بهطور صریح اثبات نشده است. اما این احتمال که بازههای بلند مدت میدان ضعیفشده بتوانند فشارهای تکاملی یا آبوهوای منطقهای را تغییر دهند، به دیرزیستشناسان و اقلیمشناسان فرضیههای جدیدی برای آزمون میدهد. مطالعات بیشتر در زمینهٔ زیستمحیطی و ژنومیک میتواند روشن کند که آیا نشانههایی از افزایش نرخ جهش یا تغییرات زیستی در دورههای مشابه ثبتشده وجود دارد یا خیر.
زمینهٔ علمی و فنی
این نتایج در زمانی منتشر میشوند که مدلسازی ژئوداینو به طور چشمگیری پیشرفت کرده است. شبیهسازیهای با عملکرد بالا پیشتر طیفی از رفتارهای وارونگی را تولید کردهاند: از جهشهای کوتاه و آشوبناک تا انتقالات نادر و طولانی که میتوانند تا صد هزار سال ادامه داشته باشند. یافتن یک نمونه زمینشناسی از نوع اخیر به پایهریزی مدلها در واقعیت کمک میکند و اهدافی مشخص برای کارهای شبیهسازی آینده فراهم میآورد.
از نظر فنی، این مطالعه بر هستههای Expedition 342 از برنامهٔ یکپارچه حفاری اقیانوسی (Integrated Ocean Drilling Program) و اندازهگیریهای دقیق مگنتومتر در آزمایشگاههای پاک تخصصی و محدودیتهای نرخ رسوب از بیواستراتیگرافی و رکوردهای ایزوتوپی تکیه داشت. رویکرد ترکیبی تجربی و مدلسازی دقیقاً همان نوع کارهای بینرشتهای است که علوم زمین مدرن به آن نیاز دارد — جایی که دادههای زمینشناسی، آزمایشگاهی و محاسباتی باید همگرا شوند.
دیدگاه کارشناسان
«ژئوفیزیک اغلب با نشان دادن میزان تغییرپذیری فرایندهای سیارهای ما را شگفتزده میکند،» دکتر Maria Kovalenko، ژئوفیزیکدانی در یک آزمایشگاه تحقیقاتی ملی که در این مطالعه مشارکت نداشت، میگوید. «ایدهٔ اینکه یک وارونگی میتواند در عرض دهها هزار سال کشیده شود، طرز تفکر ما دربارهٔ حفاظت مغناطیسی و پیوند آن با جو و زیستکره را بازتعریف میکند. این گذارهای طولانی پنجرهٔ طولانیتری برای شیمی متاثر از وضعیت هوافضایی فراهم میآورد تا بر سیستم اثر بگذارد.»
Kovalenko اضافه میکند که کارهای آینده باید به رکوردهای با رزولوشن بالا از سایتهای جغرافیایی متنوع اولویت دهند. «ما باید بدانیم آیا این وارونگیهای آهسته در گسترهٔ جهانی همگانی و همزمان بودهاند یا اینکه فرآیندهای رسوبگذاری محلی مدت ظاهری را در چند مکان بزرگنمایی کردهاند.»
تیم Yuhji Yamamoto و Peter Lippert بر دورهٔ ائوسن تمرکز کردند، بین 56 تا 34 میلیون سال پیش، دورهای گرم با ویژگیهای آبوهوایی خاص خود. آن زمینه اهمیت دارد: نرخ رسوب، گردش اقیانوسی و تولید زیستی چگونه یک لایه را بهعنوان ثبتگر وفادار سیگنالهای ژئومغناطیسی شکل میدهند. اما زمانی که چندین خط از شواهد همگرا شوند، دفترچهٔ زمینشناسی بسیار متقاعدکننده میشود.
برای دانشمندانی که گذشته و آیندهٔ مغناطیسی زمین را مطالعه میکنند، پیام روشن است: ژئوداینو با دامنهٔ سرعتی وسیعتری رفتار میکند تا آن قاعدهٔ سرانگشتیِ دههزار ساله. میدان مغناطیسی خصلتی غیرقابلپیشبینی دارد — گاهی تغییر سریع، گاهی رانشی کند و پایدار. و هنگامی که آن سپر پایین میآید، پیامدها میتوانند از جو و سامانههای اقلیمی تا دنیای زنده پژواک پیدا کنند.
Yuhji Yamamoto در جریان اکسپدیشن سال 2012 در اقیانوس اطلس شمالی هستههای حفاری را روی کشتی JOIDES Resolution بررسی میکند.
گامهای بعدی از نظر مفهوم ساده اما از نظر اجرا دشوارند: یافتن رکوردهای با رزولوشن بالا بیشتر، پالایش مدلهای سنی و پیوند مشاهدات زمینشناسی با شبیهسازیهای بهبودیافتهٔ ژئوداینو و شیمی جوی. این تلاش خواهد گفت که آیا وارونگیهای آهستهٔ یافتهشده در نیوفاندلند کنجکاویهای کمیاباند، نتایج پیشبینیپذیر دینامیک هستهاند، یا فصل نادیدهای در داستان بلند زمین هستند.
تاریخ، به نظر میرسد، ساعت کندِ خود را دارد.
منبع: scitechdaily
نظرات
نوآ_س
خوب نوشته شده اما به نظرم پیامدهای اقلیمی کمی اغراق شده، نیاز به مطالعات زیستی و ژنومی بیشتره. ایده خوبیه، ولی صبر کنیم.
ابرچرخ
همگرا شدن شبیهسازی و رکورد سنگی خیلی مهمه؛ اگه رکوردهای دیگر هم همین رو نشون بدن، باید بازنویسی کنیم بعضی مدلها
ماکس_
تو پروژه دانشگاهیمون هم شواهدی از تغییرات مغناطیسی دیدم، اما نه اینقدر کشدار، کنجکاوم دلیل طولانیشدن چیه و چی باعثش شده
آرش
این واقعا قابل استناد هست؟ یا رسوب محلی بعضی سیگنالها رو بزرگ کرده؟ خیلی سوال دارم الان...
دیتاپالس
وای… تصورش میلرزونه، فکر کنم بعد از خوندن این مقاله خوابم نمیبره 😮 اگر یه وارونگی چند ده هزار ساله دوباره بشه چی میشه؟!
ارسال نظر