يُظهر الجليد في القطب الجنوبي الذي يبلغ عمره ثلاثة ملايين عام انخفاضًا في درجة الحرارة دون انخفاض كبير في ثاني أكسيد الكربون

حدد الباحثون أن كوكب الأرض تعرض لتبريد كبير قبل ثلاثة ملايين سنة، حتى مع انخفاض متواضع في مستويات الغازات الدفيئة. وجاء هذا الاكتشاف بعد تحليل مفصل لعينات الجليد المأخوذة من القارة القطبية الجنوبية. وتتناقض البيانات الجديدة مع النماذج السابقة التي تعتمد فقط على الرواسب البحرية. توفر الدراسة أول قياس مباشر مسجل للتركيب الكيميائي للغلاف الجوي للأرض، مما يمثل سابقة جديدة لعلم المناخ.

النتائج التفصيلية جزء من مقالتين علميتين منشورتين في مجلة Nature. وشارك في العمل خبراء من مركز استكشاف أقدم الجليد، وهي مبادرة مرتبطة بجامعة ولاية أوريغون. وتم جمع العينات في المنطقة المعروفة باسم آلان هيلز، الواقعة على حافة الطبقة الجليدية شرق القارة القطبية الجنوبية. أتاحت هذه المادة للعلماء مراقبة فترة جيولوجية كانت فيها درجات الحرارة العالمية أعلى بكثير مما هي عليه اليوم.

تكشف فقاعات الهواء المحفوظة عن تكوين الغلاف الجوي القديم

تسبب ديناميكيات الغطاء الجليدي في آلان هيلز تشوهات فيزيائية في البنية المجمدة. هذه الحركة المستمرة تجعل الكتل من فترات جيولوجية مختلفة أقرب إلى السطح، مما يكسر التسلسل الخطي التقليدي للتراكم. تنحصر فقاعات الهواء الصغيرة داخل هذه الهياكل أثناء عملية التجميد. تعمل المادة ككبسولة زمنية سليمة.

قادت جوليا ماركس بيترسون، الباحثة في جامعة ولاية أوريغون، الجزء الأول من البحث العلمي. أما المرحلة الثانية فقد قامت بتنسيقها سارة شاكلتون، الأستاذة في معهد وودز هول لعلوم المحيطات. استخدم الفريق تقنيات استخلاص متقدمة للوصول إلى الغازات المحاصرة دون تلويث العينات الأصلية.

وصلت السجلات المباشرة للغازات الدفيئة إلى الحد الأقصى وهو 800 ألف سنة حتى نشر هذا المسح. وأوضح إد بروك، مدير مركز الأبحاث، أن المنهجية الجديدة توسع بشكل كبير القدرة على مراقبة المناخ الماضي. التمويل من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية جعل الرحلات الاستكشافية إلى منطقة القطب الجنوبي ممكنة.

ووصل تبريد المحيط إلى درجتين ونصف في هذه الفترة

يتطلب قياس درجة حرارة المحيطات تحليل الغازات النبيلة الموجودة في الفقاعات القديمة. وتشير المؤشرات إلى أن المياه العالمية بردت ما بين 2 و2.5 درجة مئوية خلال التحول المناخي. حدث الانخفاض الحراري بشكل مفاجئ في بداية الفترة التي تم تحليلها. وتتزامن هذه الظاهرة تماما مع تشكل أول قمم جليدية قطبية كبيرة في نصف الكرة الشمالي.

حافظت المياه السطحية على معدل تبريد تدريجي حتى حوالي مليون سنة مضت. يعتقد علماء المحيطات أن التغيرات في التبادل الحراري بين التيارات العميقة والسطح أثرت على هذا النمط المستمر. كانت طرق البحث السابقة قادرة فقط على تقييم المناطق البحرية المعزولة. يقدم النهج الجديد صورة عالمية موحدة لسلوك المحيطات.

كان الكوكب يمر بفترة البليوسين قبل هذا الانخفاض الواسع النطاق في درجات الحرارة العالمية. وتؤكد الأدلة الأحفورية وجود غابات كثيفة في المناطق التي تغطيها الثلوج الآن، مثل ألاسكا وجرينلاند. كما عمل مستوى سطح البحر عند مستويات أعلى بكثير من السجلات المعاصرة. تشهد الخطوط الساحلية القديمة التي تم تحديدها على الساحل الشرقي لأمريكا الشمالية على الحجم الأكبر للمياه السائلة في المحيطات في ذلك الوقت.

تتعارض مستويات الغازات الدفيئة مع التقديرات السابقة

وظل ثاني أكسيد الكربون أقل من 300 جزء في المليون في معظم النطاق الذي تمت دراسته. وصل المؤشر إلى ما يقرب من 250 جزءًا في المليون منذ 2.7 مليون سنة، وعانى من انخفاض قدره 20 جزءًا فقط في المليون سنة التالية. أظهر الميثان استقرارًا مستمرًا في حدود 500 جزء في المليار. تسلط الأرقام الحالية الضوء على واقع جوي مختلف تماما. سجلت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي متوسطًا قدره 425 جزءًا في المليون لثاني أكسيد الكربون و1935 جزءًا في المليون للميثان في العام الماضي.

كشفت القياسات المباشرة المأخوذة من الجليد عن وجود خلل في التقديرات القديمة المستندة إلى رواسب المحيطات. اقترحت النماذج السابقة تركيزات أعلى بكثير من الكربون في الغلاف الجوي للعصر البليوسيني. يعزز التناقض الفني الحاجة إلى البحث عن سجلات مادية مباشرة لمعايرة أنظمة التوقعات المناخية.

• توفر فقاعات الهواء التركيب الكيميائي الدقيق للغلاف الجوي دون تدخل خارجي.
• يعمل تركيز الغازات النبيلة كمقياس حرارة دقيق لمياه المحيط.
• حدث تبريد الأرض بشكل مستقل عن الانخفاض الحاد في ثاني أكسيد الكربون.
• إن الإسناد الترافقي لبيانات الأنهار الجليدية مع السجلات الأحفورية يؤكد صحة الاكتشافات المتعلقة بالبليوسين.

هناك عوامل إضافية تفسر التغيرات في مناخ الأرض

أدى عدم وجود علاقة مباشرة بين انخفاض الكربون والتبريد العالمي إلى إعادة توجيه تركيز التحقيق. لعبت انعكاسية سطح الأرض دورًا حاسمًا في تغير درجة الحرارة. أدى توسع المناطق المغطاة بالجليد إلى زيادة كمية الإشعاع الشمسي المنعكس في الفضاء. كما أدت التغيرات في توزيع النباتات القارية إلى تغيير امتصاص الحرارة.

تعمل ديناميكيات دوران المحيطات بالتزامن مع التغيرات في السطح. ويؤكد العلماء أن الغازات الدفيئة لا تمثل سوى جزء واحد من آلية المناخ المعقدة لكوكب الأرض. يساعد رسم خرائط هذه التفاعلات القديمة على فهم كيفية تفاعل المكونات الطبيعية المختلفة تحت الضغط الحراري.

تبحث البعثات الجديدة عن عينات عمرها ستة ملايين سنة

وقد عزز النجاح في الحفر في آلان هيلز التخطيط لمهمات استكشافية جديدة. حدد علماء الجليد تكوينات جليدية قديمة محتملة محاصرة في قاعدة النوى الصخرية العميقة. وقد بدأ الفريق الفني بالفعل التحليل الأولي لهذه المادة المكتشفة حديثًا. يسمح تحسين معدات الاستخراج بالوصول إلى الطبقات التي كانت تعتبر في السابق بعيدة المنال.

يوفر برنامج الولايات المتحدة في أنتاركتيكا جميع البنية التحتية اللوجستية اللازمة للعمل الميداني في الظروف الجوية القاسية. تنتقل المواد المجمعة تحت تبريد صارم إلى منشأة Ice Core، الواقعة في مدينة دنفر، في ولاية كولورادو. تظل المجموعة المادية تحت رعاية متخصصة لضمان سلامة العينات لعقود من الزمن. يتضمن الهدف الرئيسي للحملات العلمية القادمة تحديد موقع واستخراج الجليد الذي يصل عمره إلى ستة ملايين عام.