9 دقیقه
یک سیگنال شیمیایی مرموز در یخ گرینلند
در هسته‌ای از یخ استخراج‌شده از مرکز گرینلند، جهشی کوتاه‌مدت و مشخص در غلظت پلاتین مشاهده می‌شود که زمانیابی آن حدود ۱۲۸۰۰ سال پیش برآورد شده است. این ناهنجاری از سوی برخی پژوهشگران بهعنوان شواهد جنایی یک رخداد فرازمینی — مانند برخورد شهاب یا دنباله‌دار — تعبیر شده که شاید موجب آغاز دوره سرمای ناگهانی موسوم به یانگر درایاس شده باشد. اما پژوهش‌های جدید ژئوشیمیایی نشان میدهد منبعی بسیار کم‌تر عجیب محتمل‌تر است: آتشفشان‌خیزی، به‌ویژه فورانهای گسلهای یا زیرآبی در منطقه شمال اقیانوس اطلس و به‌طور مشخص ایسلند.
یانگر درایاس بازگشتی شدید و تقریباً هزارساله به شرایط نزدیک یخبندان بود که حدود ۱۲۸۷۰ سال پیش شروع شد و تا تقریباً ۱۱۷۰۰ سال پیش ادامه یافت. دمای نیم‌کره شمالی به‌شدت کاهش یافت، جنگل‌های اروپایی عقب نشستند و توندراها جای آن‌ها را گرفتند، و کمربندهای بارش گرمسیری به جنوب جابه‌جا شدند. روشن شدن محرک این سرمای سریع اهمیت دارد، زیرا نشان میدهد چگونه اعمال خارجی بزرگ — مانند فورانهای عظیم آتشفشانی، برخوردها یا تغییرات در گردش اقیانوسی — میتوانند سامانه اقلیمی آسیب‌پذیر را به سمت نقطه‌ای حساس هل دهند.
پیش‌زمینه علمی و فرضیه‌های رقیب
دو طبقه اصلی از توضیحات برای این رخداد با هم رقابت داشته‌اند. فرضیه دیرینه بر ریزش عظیم آب شیرین از ذوب‌شدن ورقه‌های یخی آمریکای شمالی تأکید میکند که با ایجاد اختلال در گردش گرمابه‌ای آتلانتیک (Atlantic meridional overturning circulation) انتقال گرمای شمالی را تضعیف کرده است. در مقابل، پیشنهادهای دیگری تحریک ناگهانی خارجی را مطرح می‌کنند: یک برخورد فرازمینی که گرد و غبار، آئروسل و محصولات ذوب را به جو پرتاب کرده، یا یک فوران آتشفشانی بسیار بزرگ که گوگرد را به استراتوسفر فرستاده و موجب سرمای نیم‌کره‌ای شده است.
یک قطعه کلیدی از استدلالِ برخورد، گزارش سال ۲۰۱۳ از غنی‌شدن ناگهانی پلاتین در هسته یخ گرینلند بود که توسط پروژه صفحه یخی گرینلند (GISP2) استخراج شده بود. اثر انگشت شیمیایی — غلظت بالای پلاتین همراه با نسبت پایین ایریدیوم به پلاتین — با ترکیب معمول شهاب‌سنگ‌ها همخوانی نداشت و نیز با امضای معمول سنگ‌های آتشفشانی سطحی مطابقت نداشت. برخی پژوهشگران پیشنهاد دادند که شاید یک جسم برخوردی غیرمعمول با ترکیب آهنی بتواند این اختلاف را توضیح دهد.
تحلیلهای جدید: آزمون منشأ آتشفشانی
برای آزمودن جایگزین آتشفشانی، پژوهشگران ۱۷ نمونه پوامیس (پومیس) از رسوبات فوران لاچر زی (Laacher See) در آلمان جمع‌آوری کردند؛ رویدادی آتشفشانی بزرگ که در حوالی بازه زمانی یانگر درایاس فوران کرده و دارای امضای ژئوشیمیایی نسبتاً غیرمعمولی است. تیم پژوهشی تحلیل عناصر ردیاب را انجام داد و تمرکز خاصی بر پلاتین و ایریدیوم و دیگر فلزات نادر داشت تا یک «اثر انگشت» ترکیبی از مواد خروجی لاچر زی بسازد.
نمونه‌برداری و روش‌های ژئوشیمیایی
کار تحلیلی با استفاده از تکنیک‌های حساسِ اندازه‌گیری انجام شد که قادر به تشخیص پلاتین در سطوح زیر یک بخش در میلیون (sub-ppm) و تعیین ایریدیوم و دیگر عناصر کالکوfile (chalcophile) بودند. مطالعه همچنین کرونولوژی هستههای یخ را دوباره بازنگری کرد تا رابطه زمانی بین جهش پلاتین و آغاز سرمای یانگر درایاس دقیق‌تر شود.
نتایج قاطع بود: پوامیسهای لاچر زی عملاً پلاتینی قابل‌تشخیص نشان ندادند؛ غلظت‌های اندازه‌گیری‌شده در حد یا پایین‌تر از حد تشخیص دستگاه‌ها بودند. این یافته لاچر زی را بهعنوان منبع مستقیم برای ناهنجاری پلاتین گرینلند نامحتمل می‌سازد. تاریخگذاری آپدیت شده هستههای یخ نیز نشان داد جهش پلاتین تقریباً ۴۵ سال پس از ثبت آغاز سرمای یانگر درایاس شروع شده است — یعنی خیلی دیر برای آنکه محرک اصلی این رویداد باشد.
شواهد به سمت فورانهای گسلهای یا زیرآبی ایسلند اشاره دارد
اگر لاچر زی را استثنا کنیم، چه فرایندهای آتشفشانی میتوانند سیگنال کوتاه‌مدت و پلاتین-بالا را در یخ گرینلند تولید کنند و نسبت نامعمول ایریدیوم به پلاتین را توضیح دهند؟ تحلیلهای مقایسه‌ای بهترین تطابق ژئوشیمیایی بین اثر انگشت هسته یخ و کندانسات‌های گازی آتشفشانی را نشان دادند که از فورانهایی حاصل می‌شوند که با آب تعامل دارند — به‌ویژه فورانهای زیرآبی یا زیر یخ.
سامانه‌های آتشفشانی ایسلند به‌طور ویژه در این بحث اهمیت دارند. در طول فرایند پسایخچالی (deglaciation)، کاهش فشار پوشش یخ بر پوسته ایسلند تولید مذاب را افزایش میدهد و میتواند موجب فورانهای بلندمدت گسلهای شود. سامانه‌های گسلهای در ایسلند توانایی فعالیت‌های پایدار با مقیاس زمانی سال‌ها تا دهه‌ها را دارند — که با مدت‌زمان تقریباً ۱۴ ساله جهش پلاتین ثبت‌شده در هسته یخ همخوانی دارد. وقتی فوران‌ها در زیر آب یا زیر یخ اتفاق می‌افتند، تعامل با آب دریا و آب ذوب میتواند گوگرد را از فاز گازی جدا کند و گرایش به تغلیظ انتخابی برخی فلزات در کندانساتها و آئروسول‌ها را ایجاد کند. آن گازها و ذرات ریز فلزدار میتوانند به استراتوسفر یا تروپوسفر منتقل شده و سپس به گرینلند برسند و روی صفحه یخی رسوب کنند.
سابقه‌های تاریخی از این مکانیزم حمایت می‌کنند. مطالعات مربوط به فوران کاتلا (Katla) در قرن هشتم نشاندهنده جهشی ۱۲ ساله در فلزات سنگین مانند بیسموت و تالیوم در هستههای یخ گرینلند است، و فوران الدرگیا (Eldgjá) در سده دهم میلادی نیز ناهنجاری کادمیوم را در رکوردهای یخچالی برجای گذاشت. اگرچه آن تحقیقات لزوماً پلاتین را اندازه‌گیری نکرده‌اند، اما نشان می‌دهند که فورانهای ایسلندی میتوانند پالس‌های اپیزودیک فلزات سنگین را تا گرینلند منتقل کنند.
فرضیه کندانسات آتشفشانی همچنین نسبت نامعمول ایریدیوم-به-پلاتین را توضیح میدهد: آب دریا و تعاملات آب-مگما میتوانند تفکیک عناصر کالکوفیل (حساس به گوگرد) را در فازهای فرّار تغییر دهند و ترکیبی تولید کنند که از هر دو دسته سنگ‌های آتشفشانی سطحی معمول و شهاب‌سنگ‌های عادی متمایز است.
پیامدها برای محرک یانگر درایاس
از آنجا که جهش پلاتین چندین دهه بعد از آغاز اولیه سرمای یانگر رخ داده است، احتمال اینکه خودِ آن جهش علت‌العلت این تغییر سریع اقلیمی باشد کم است. با این حال، داده‌های مستقلِ هستههای یخ نشان میدهد که درست در آغاز یانگر درایاس (حدود ۱۲۸۷۰ سال پیش) یک سیگنال بزرگ غنی از گوگرد ثبت شده است؛ این با تزریق سولفات به استراتوسفر مطابقت دارد که قادر است سرمایی کوتاه‌مدت در سطح جهانی ایجاد کند. یک فوران بزرگ — چه از لاچر زی، یا یک آتشفشان ناتعیین‌شده در نیم‌کره شمالی، یا خوشه‌ای از فورانهای عرض‌های بالایی — میتوانسته تقویت تابشی لازم برای هل‌دادن یک سامانه اقلیمی حساس به سمت شرایط شبه‌یخبندان را فراهم کند.
آئروسولهای آتشفشانی میتوانند تابش خورشیدی ورودی را کاهش دهند، یخ البحر را گسترش دهند، جریان‌های جوی را تغییر دهند و تبادل گرما میان اقیانوس و جو را دگرگون کنند. این بازخوردهای متوالی، وقتی بر اقلیمی اعمال شوند که بین حالات یخبندان و میانه قرار دارد، میتوانند یک پالس آتشفشانی را به یک دوره طولانی از سرمای تقویت‌شده تبدیل کنند. در حالی که یافته‌های جدید تفسیر فرازمینی مبتنی بر جهش پلاتین را به چالش می‌کشند، آن‌ها سایر شواهد پیشنهادی برای برخوردها، مانند سوسپندول‌ها یا آنچه بهعنوان «تشکیلات سیاه» نامیده می‌شود، را مستقیماً پاسخ نمی‌دهند. شرح کامل‌تر علت‌های یانگر درایاس ممکن است نیازمند ادغام خطوط متعدد شواهد — ژئوشیمیایی، رسوب‌شناختی و دیرینه‌زیستی — در سایت‌ها و قاره‌های مختلف باشد.
دیدگاه کارشناسان
«این مطالعه نشان میدهد که امضاهای پیچیده در ثبت زمین‌شناسی را می‌توان به روش‌های مختلف تفسیر کرد»، دکتر لورا هیز، آتشفشان‌شناس و پژوهشگر دیرینه‌اقلیم، گفت. «تحلیل عناصر ردیاب با دقت بالا و کرونولوژی‌های بهبود یافته هستههای یخ بنیادین‌اند برای افتراق میان یک جسم فرازمینی عجیب و فرآیندهای زمینی آتشفشانی. فورانهای گسلهای و زیرآبی ایسلند منابع قابل‌قبولی برای ناهنجاری‌های فلزی کوتاه‌مدت در یخ گرینلند هستند — و این ما را به یاد می‌آورد که آتشفشان‌خیزی میتواند وقتی زمان‌بندی و وضعیت پس‌زمینه مساعد است، اثرات اقلیمی منطقه‌ای بزرگی ایجاد کند.»
نتیجه‌گیری
بازبینی جهش پلاتین گرینلند نشان میدهد منشأ آتشفشانی مرتبط با فورانهای گسلهای یا فروغار زیرسطحی در ایسلند محتمل‌ترین توضیح برای شیمی نامعمول مربوط به حدود ۱۲۸۰۰ سال پیش است. پوامیسهای لاچر زی امضای پلاتینی لازم برای پیوند دادن آن فوران خاص به ناهنجاری هسته یخ را ندارند، و اوج پلاتین چند دهه پس از آغاز یانگر روی میدهد، که آن را بهعنوان محرک اولیه سرمای آغازین نامحتمل می‌سازد. با این وجود، شواهد مستقل سولفاتی در هستههای یخ با این ایده همسوست که یک اختلال آتشفشانی در آغاز یانگر ممکن است نقش داشته باشد، و بدین ترتیب فورانهای بزرگ نیم‌کره شمالی — نه یک برخورد تک‌فورانۀ فاجعه‌بار — همچنان یک گزینه مهم برای توضیح بازگشت ناگهانی اقلیم به حالت سردتر به‌شمار می‌روند. برای روشن‌شدن کامل توالی رویدادهایی که زمین را به یانگر درایاس هل داد، به کار دقیق‌تر هستههای یخ با وضوح بالا، بررسی‌های گسترده‌تر عناصر ردیاب در رسوبات آتشفشانی مظنون و مدل‌سازی یکپارچه نیروی آئروسولهای آتشفشانی نیاز است.
منبع: sciencealert
ارسال نظر