9 دقیقه
دانشمندانی که در منطقه Allan Hills در آنتارکتیکا حفاری کردهاند، هستههای یخی و حبابهای هوایی را بازیابی کردهاند که قدمت آنها حدوداً ۶ میلیون سال است — قدیمیترین نمونههای یخ و جو که بهطور مستقیم تاریخگذاری شدهاند. این نمونهها که در نزدیکی سطح در یخ آبی فشرده شدهاند، یکی از واضحترین پنجرهها به شرایط اقلیمی در مقیاس سیارهای از اواخر میوسن تا بخش بزرگی از پلیوسن فراهم میکنند.
چرا Allan Hills یک کپسول زمانی نادر است
قارهٔ جنوبگان (آنتارکتیکا) یکی از آرشیوهای استثنایی زمین است، زیرا لایههای برف و یخ بهطور مداوم جمع میشوند و هوا، گرد و غبار و نشانگرهای شیمیایی را هنگام لایهلایه شدن به دام میاندازند؛ این ویژگی آن را برای مطالعات اقلیمی دیرینه ارزشمند میسازد. با این حال، Allan Hills حتی در میان نقاط آنتارکتیکا هم غیرمعمول است. در این منطقه، بادهای کاتاباتیک قوی و فرایند سابلیمیشن سطحی برف تازه را از بین میبرند و باعث میشوند یخهای قدیمیتر و فشردهشده به سمت سطح نزدیکتر شوند.
طی بازههای زمانی طولانی، این فرایند گسترههای بزرگی از یخ آبی ایجاد کرده است — یخی چگال و غنی از بلورها که نور قرمز را جذب میکند و بهصورت آبی دیده میشود. یخ آبی بهدلیل ساختار کریستالی متراکم و نسبتهای ایزوتوپی خاص میتواند اطلاعات پایداری دربارهٔ دما، ترکیب جو و تغییرات یخپوش ارائه کند.
هنوز هم در حال بررسی دقیق شرایطی هستیم که اجازه میدهد چنین یخ باستانیای تا این حد نزدیک به سطح باقی بماند، میگوید Sarah Shackleton — ترکیبی از توپوگرافی خاص، بادهای پایدار و سرمای شدید که عملاً جریان یخچال را متوقف و لایههای تازه را از سطح پاک میکنند. این ترکیب محلی موجب شده تا سوابق اقلیمی میلیونها ساله بهصورت تثبیتشده در دسترس باشند و مطالعات نمونهبرداری را ممکن سازد.
هستهٔ یخی که هوای محبوس مربوط به ۶ میلیون سال پیش را نشان میدهد.
چگونه تیم، یخ قدیمیتر از هر زمان دیگری را تاریخگذاری کرد
پروژهٔ COLDEX که با حمایت بنیاد ملی علوم (National Science Foundation) اجرا شد و توسط یخشناس Sarah Shackleton از Woods Hole Oceanographic Institution هدایت میشود، سه هسته در Allan Hills حفر کرد که به عمقهای حدود ۱۵۰، ۱۵۹ و ۲۰۶ متر (۴۹۲، ۵۲۲ و ۶۷۶ فوت) رسیدند. تیم انتظار داشت نمونههایی با عمر غیرمعمول—احتمالاً تا دورهٔ پلیوسن که حدود ۲.۶ میلیون سال پیش پایان یافت—بیابد، اما نتایج تاریخگذاری فراتر از انتظارات اولیه بود و نشان داد نمونههایی بسیار قدیمیتر در دسترساند.
هزینههای عملیاتی، نیاز به محیطهای کاری ایزوتوپیک پاک و محافظت از نمونهها در برابر آلودگی از مهمترین چالشهای میدانی بود. بهعلاوه، آمادهسازی هستهها در شرایط سرد و حمل آنها به آزمایشگاههای با تجهیزات پیشرفته برای انجام تحلیلهای ناپالودهٔ گازها و ایزوتوپها از مراحل حساس پروژه بود. این دقت اجرایی باعث شد بتوانند مقادیر ریز گازهای نجیب و ترکیبات گلخانهای را از نمونههای بسیار قدیمی استخراج کنند.
تاریخگذاری با ایزوتوپ آرگون: سنهای مستقیم، نه برآورد
برای تعیین سنها، تیم از روش تاریخگذاری ایزوتوپی آرگون بر روی محبوسههای هوایی میکروسکوپی استفاده کرد. بر خلاف همبستگیهای رسوبشناسی یا پروکسیهای غیرمستقیم، این روش ایزوتوپهای گاز نجیب را که در خود یخ به دام افتادهاند اندازهگیری میکند و بهاینترتیب قیدهای سنی مستقیمی را فراهم میآورد. نمونههای عمیقتر سنهایی نزدیک به ۶ میلیون سال را نشان دادند — که آنها را در اواخر دورهٔ میوسن قرار میدهد — در حالی که نمونههای سطحیتر سنهای جوانتری را، شامل پایان میوسن تا پلیوسن، نشان دادند.
روش ایزوتوپی آرگون بر پایهٔ تجزیهٔ نسبی ایزوتوپهای ۴۰Ar و ۳۹Ar و گاهی ۳۸Ar بنا شده و نیازمند تجهیزات حساس طیفسنجی و اتاقهای تمیز برای جلوگیری از نشت یا آلودگی است. این تکنیک بهعنوان یک شاخص مستقیم و مستقل از فرضیات رسوبشناسی عمل میکند و به محققان اجازه میدهد تا انطباقهای زمانی میان هستههای مختلف و جداول تغییرات اقلیمی را با دقت بیشتری انجام دهند.
آنچه ایزوتوپها دربارهٔ اقلیم باستانی نشان میدهند
پس از تاریخگذاری، پژوهشگران تحلیلهای ایزوتوپی اکسیژن را روی یخ اجرا کردند تا شرایط دمایی هنگام شکلگیری برف اولیه را تخمین بزنند. نسبتهای ایزوتوپی اکسیژن (مثلاً نسبت ۱۸O/۱۶O) در مولکولهای آب با دما و چرخهٔ هیدرولوژیک جهانی تغییر میکند؛ از همین رو با اندازهگیری این نسبتها دانشمندان میتوانند گرمی یا سردی گذشتهٔ آنتارکتیکا را استنباط کنند.
نتایج چشمگیر بودند: حدود ۶ میلیون سال پیش بهنظر میرسد آنتارکتیکا تقریباً ۱۲ درجه سلسیوس (حدود ۲۲ درجه فارنهایت) گرمتر از امروز بوده است. این مقدار بزرگ تغییر دمایی نشان میدهد که در گذشتههای دور، قطب جنوب میتوانسته بخشهایی با اقلیم نسبتاً ملایمتر و چرخههای آبشناسی متفاوت را تجربه کرده باشد. همچنین، بهجای یک تغییر ناگهانی از گرم به سرد، گذار به اقلیم مدرن آنتارکتیکا در بازهٔ نمونهبرداری شده تدریجی بهنظر میرسد؛ این فرایند تدریجی سرد شدن پیامدهای مهمی برای پاسخ لایههای یخی به تغییرات بلندمدت در غلظت گازهای گلخانهای و چرخههای مداری زمین دارد.
تحلیلهای ایزوتوپی همچنین میتواند اطلاعاتی دربارهٔ منشاء رطوبت (مثلاً اگر تبخیر از مناطق استوایی یا محلی باشد)، تغییرات در پتانسیل بارش و نشانههایی از تغییر در الگوهای جریانات اقیانوسی که بر آب و هوای قطبی مؤثرند فراهم کند. بهعنوان مثال، تغییرات همزمان در ایزوتوپهای هیدروژن و اکسیژن میتواند نشانههایی از تغییرات در مسیرهای تبخیری و تراکم ابرها ارائه دهد.
Allan Hills، آنتارکتیکا
چرا این یافتهها برای پالئواکلیم و پیشبینیهای آینده اهمیت دارند
بازیابی هوای مستقیماً تاریخگذاریشده از میوسن به دانشمندان این امکان را میدهد تا مدلهای ترکیب جو و حساسیت اقلیمی را در برابر نمونههای واقعی و قدیمی اتمسفر آزمون کنند. محفظههای هوایی محبوس، اگرچه در درون کریستالهای یخ فشرده شدهاند و بهصورت حبابهای بزرگ قابلمشاهده نیستند، حاوی گازهای نجیب و گازهای گلخانهای هستند که یک تصویر لحظهای از جو زمین در زمان محبوس شدن را حفظ میکنند.
با اندازهگیری CO2، متان و دیگر ردیابها در این نمونهها، پژوهشگران قادر خواهند بود مشخص کنند کدام غلظتها موجب اقلیم گرمتر ۶ میلیون سال پیش بودهاند و اتمسفر چگونه و با چه سرعتی هنگام گذار به پلیوسن تغییر کرده است. آن پایهٔ تجربی (empirical baseline) به بهبود پیشبینیها دربارهٔ چگونگی ترجمه افزایشهای مدرن گازهای گلخانهای به تغییرات دمایی بلندمدت و تغییرات گسترده در تودههای یخی کمک میکند.
علاوه بر گازهای گلخانهای، گازهای نجیب مانند آرگون و نئون میتوانند شواهدی از فرایندهای فیزیکی محبوس شدن هوا ارائه دهند؛ برای مثال، میزان فشردگی و تغییرات فشار طی زمان. این اطلاعات برای کالیبرهکردن مدلهای انتقال گاز و زمانبندی محبوسشدن هوا در هستههای یخ ضروری است.
پژوهشگران در حال بالا بردن دریل مورد استفاده برای استخراج هستهها
گامهای بعدی: حفاری بیشتر و شواهد شیمیایی بیشتر
ادارهکنندهٔ COLDEX، Ed Brook (دانشگاه ایالتی اوهایو) میگوید تیم در حال برنامهریزی یک کارزار بزرگتر چندساله در Allan Hills است تا رکورد را عمیقتر کرده و نمونههای جوی بیشتری را در گسترهٔ زمانی وسیعتری جمعآوری کند. برنامهٔ پیشنهادی که بین سالهای ۲۰۲۶ تا ۲۰۳۱ هدفگذاری شده است، بهدنبال نقشهبرداری از غلظتهای گازهای گلخانهای و تغییرات ایزوتوپی در طول میلیونها سال است و به بهبود قیدها دربارهٔ تغییرپذیری طبیعی و عوامل محرک سرمایش بلندمدت به سوی پلیستوسن کمک خواهد کرد.
همراه با اندازهگیری گازهای گلخانهای، کارهای آینده ذرات محبوس، ایزوتوپهای رادیوژنیک و گازهای ناپیدا را برای بازسازی جریانهای اقیانوسی، گسترهٔ تودههای یخی و تأثیرات آتشفشانی در خلال گذار میوسن–پلیوسن تحلیل خواهند کرد. این مجموعهٔ دادهها میتواند تصویر جامعی از تعامل میان جو، اقیانوس و یخپوشها فراهم آورد که برای درک مکانیسمهای تغییر اقلیم حیاتی است.
تحقیقات آتی همچنین شامل کارهای مقایسهای با دیگر نمونههای دیرینهنگاری شده، از جمله رسوبات دریایی و سوابق فسیلی، خواهد بود تا یک چارچوب زمانی یکپارچه دربارهٔ تغییرات زیستمحیطی و پاسخهای بیوسفر به تغییرات اقلیمی تهیه شود. این مقایسه میانرشتهای از اهمیت ویژهای برخوردار است چون عوامل محلی و منطقهای میتوانند نتایج تفسیر شده از هستههای یخی را تحت تأثیر قرار دهند.
دیدگاه کارشناسی
دکتر Elena Moreno، یک پالئواکلیماتولوژیست که به تیم میدانی COLDEX متصل نیست، اظهار میدارد: "هوای مستقیماً تاریخگذاریشده از ۶ میلیون سال پیش تحولآفرین است. این دادهها شبیهِ تکیهگاهی است که شبیهسازیهای مدلی را به ترکیبهای واقعی جوی گره میزند، نه مقادیر استنتاجشده. چنین واقعیتهای میدانی نادر و بسیار ارزشمند برای فهم حساسیت اقلیمی در گذشته و آینده هستند."
بهطور جمعی، هستههای Allan Hills تأکید میکنند که چگونه شرایط موضعی میتواند سوابق اقلیمی بسیار قدیمی را بهطرزی شگفتآور حفظ کند. آنها همچنین یک حقیقت عملی برای دانشمندان میدانی را تقویت میکنند: باارزشترین سوابق اغلب در جاهایی یافت میشوند که بهظاهر نامهماننوازند — مکانهایی که باد، سرما و زمان دست بهدست هم دادهاند تا حافظهٔ زمین را نگهداری کنند.
در نهایت، این کشف نهتنها درک ما از تغییرات آب و هوایی دیرینه را عمیقتر میکند، بلکه ابزارهای تجربی قویتری را برای آزمون سناریوهایی که برای آیندهٔ گرمشدن جهانی پیشبینی میشوند فراهم میآورد. دادههای بهدستآمده از Allan Hills محققان، مدلسازان و سیاستگذاران را قادر میسازد تا ریسکهای بلندمدت ناشی از افزایش گازهای گلخانهای را با پشتوانهٔ شواهدی از گذشتهٔ زمین بهتر ارزیابی کنند.
منبع: sciencealert
ارسال نظر