نکات کلیدی
- جنوبگان حدود ۳۴ میلیون سال پیش یخ زد، اما شمالگان حدود ۲۵ میلیون سال بعد وارد دوره یخبندان گسترده شد.
- کاهش دیاکسیدکربن بهتنهایی نمیتواند توضیح دهد چرا دو قطب همزمان یخ نزدند.
- پژوهش جدید نشان میدهد کوهها و فلاتهای مرتفع جنوبگان شرقی، زمینه لازم برای ماندگاری برف و شکلگیری یخچالها را فراهم کردند.
- بالا آمدن زمین در جنوبگان، نتیجه فرایندهای عمیق زمینشناختی و حرکتهای کند در گوشته زمین بوده است.
- پس از شکلگیری یخچالها، بازتاب نور خورشید از سطح یخ و کاهش بخار آب در جو، سردتر شدن منطقه را تشدید کرد.
- این پژوهش نشان میدهد تشکیل یخسارهای قارهای به شرایط بسیار خاص و زمانهای طولانی زمینشناختی نیاز دارد، اما نابودی آنها میتواند بسیار سریعتر رخ دهد.
پژوهشی تازه نشان میدهد دلیل اینکه جنوبگان میلیونها سال زودتر از شمالگان یخ زد، فقط کاهش دیاکسیدکربن و سرد شدن زمین نبود؛ بلکه کوههای بلند و فلاتهای پنهان زیر یخهای جنوبگان شرقی، شرایطی فراهم کردند که برف تابستانها آب نشود و نخستین یخچالهای بزرگ این قاره شکل بگیرند.
جنوبگان؛ بزرگترین ذخیره یخ زمین
جنوبگان شرقی میزبان بزرگترین یخسار روی زمین است؛ یخساری که اگر به طور کامل ذوب شود، آنقدر آب در خود دارد که میتواند سطح جهانی دریاها را ۵۲ متر بالا ببرد. با این حال، چگونگی و چرایی شکلگیری این یخسار برای دههها یکی از پرسشهای مهم دانشمندان بوده است.
در واقع، دو معمای بههمپیوسته در این زمینه وجود دارد. نخست اینکه جنوبگان حدود ۳۴ میلیون سال پیش، در دورهای که به گذار ائوسن ـ الیگوسن معروف است، پوشیده از یخ شد؛ در حالی که منطقه شمالگان برای حدود ۲۵ میلیون سال دیگر، تا حد زیادی بدون یخ باقی ماند.
در آن دوره، میزان دیاکسیدکربن در جو زمین بهشدت در حال کاهش بود و این موضوع نقش مهمی در افت دما داشت. اما اگر کاهش دیاکسیدکربن تنها عامل این تغییر بود، هر دو قطب باید همزمان سرد میشدند. چنین اتفاقی رخ نداد.
این مسئله نشان میدهد عامل دیگری احتمالاً باعث شده بود جنوبگان زودتر وارد فرایند یخزدگی شود.
معمای دوم این است که دمای سطح آب در اقیانوس جنوبی، حدود ۱۰ میلیون سال پس از شکلگیری یخسار جنوبگان شرقی، همچنان به شکل غیرمنتظرهای گرم باقی ماند. اگر این یخسار صرفاً در واکنش به سرد شدن جهانی شکل گرفته بود، انتظار میرفت اقیانوسهای اطراف آن نیز به شکل محسوسی سرد شده باشند.
مطالعه جدیدی که با همکاری پژوهشگرانی از بریتانیا و آلمان در مجله Science منتشر شده، پاسخی برای این معماها ارائه میدهد؛ پاسخی که در اعماق زیر یخسارها پنهان است: کوههای جنوبگان و نیروهای کند زمینشناختی که آنها را ساختهاند.
قارهای در حرکت
داستان از حدود ۱۷۰ میلیون سال پیش آغاز میشود؛ زمانی که جنوبگان و آفریقا بهعنوان بخشی از ابرقاره گندوانا به یکدیگر متصل بودند. جدایی این دو قاره، جنوبگان را در مسیر حرکت به سوی قطب جنوب قرار داد و همین گسست عظیم، زنجیرهای از رویدادها را در اعماق زمین فعال کرد.
آفریقا و جنوبگان در دوره ژوراسیک، حدود ۱۷۰ میلیون سال پیش، از هم جدا شدند. زمانی که قارهها از یکدیگر جدا میشوند، مواد داغ از گوشته زمین به سمت بالا حرکت میکنند، سپس سرد و دوباره فرو میروند. این حرکت چرخشی، پایه قاره مجاور را ناپایدار میکند و باعث مجموعهای از بیثباتیهای شبیه حرکت درون چراغ لاوا میشود؛ بیثباتیهایی که تکههایی از ریشههای عمیق قاره را یکی پس از دیگری جدا میکنند.
این آشفتگیها که «امواج گوشتهای» نامیده میشوند، طی میلیونها سال در زیر قارهها حرکت میکنند و بیش از هزار کیلومتر در سنگهای داغ و چسبناک زیر خشکی پیش میروند.
تیم پژوهشی این پدیده را چند سال پیش شناسایی کرد. پژوهشگران در دو مقاله منتشرشده در Nature، چندین خط مستقل از شواهد را کنار هم قرار دادند که همگی به یک نتیجه اشاره داشتند: امواج گوشتهای میتوانند فورانهای آتشفشانی حامل الماس را فعال کنند؛ انفجارهای شدیدی که ماگما را از ریشههای عمیق قارهها، از عمقی بیش از ۱۵۰ کیلومتر، به سطح میفرستند.
آنها همچنین دریافتند این امواج گوشتهای میتوانند باعث پالسهای ناشناخته بالا آمدن زمین در فاصلهای دور از مناطق گسلی شوند؛ همان جاهایی که قاره در ابتدا از هم شکافته بود.
شکلگیری فلاتها و کوههای جنوبگان شرقی
پژوهشگران در مطالعه جدید، با استفاده از مدلهای رایانهای که تحول چشماندازهای زمین را در بازههای دهها میلیون ساله شبیهسازی میکنند، اثر این امواج را در جنوبگان شرقی بررسی کردند. در نزدیکی ساحل، شکافت قارهای باعث شکلگیری یک عارضه بلند و صخرهمانند به نام پرتگاه یا اسکارپمنت شد که ارتفاع آن به بیش از دو کیلومتر میرسید.
صدها کیلومتر دورتر در داخل قاره، موج گوشتهای بخشی از سنگهای عمیق زیر قاره را جدا کرد. درست مانند بالن هوایی که پس از رها کردن بار اضافی بالا میرود، زمین بالای این بخش نیز بهآرامی بالا آمد. این فرایند یک فلات وسیع ایجاد کرد و موجی از فرسایش را در سراسر چشمانداز به راه انداخت.
این بالا آمدن زمین در همان نقطه متوقف نشد. این روند به حرکت خود به سوی داخل قاره ادامه داد و حدود ۱۰۰ میلیون سال طول کشید تا به کوههای گامبورتسف برسد؛ رشتهکوهی که بیش از ۱۵۰۰ کیلومتر از ساحل فاصله دارد و امروز زیر سه کیلومتر یا بیشتر یخ مدفون شده است.
بر اساس مدلهای پژوهشگران، چشمانداز جنوبگان شرقی طی دورهای ۱۲۵ میلیون ساله تا حدود ۳۴ میلیون سال پیش تغییر کرد؛ یعنی تا زمانی که نخستین یخسار قارهای در این منطقه شکل گرفت.
چرا ارتفاع برای شکلگیری یخ مهم است؟
ارتفاع برای شکلگیری یخ اهمیت بسیار زیادی دارد. دمای هوا به ازای هر ۱۰۰ متر افزایش ارتفاع، حدود یک درجه سانتیگراد کاهش مییابد. بنابراین حتی بالا آمدن نسبتاً محدود یک رشتهکوه نیز میتواند آن را از منطقهای که هر تابستان برف خود را از دست میدهد، به منطقهای تبدیل کند که برف در آن در تمام سال باقی میماند.
تا حدود ۵۰ میلیون سال پیش، بیشتر کوههای گامبورتسف ارتفاعی کمتر از ۱.۵ کیلومتر داشتند؛ ارتفاعی که برای ماندگاری مقدار زیادی برف در تابستان کافی نبود. اما مدلهای جدید نشان میدهد از همان حدود زمانی، موج بالا آمدن زمین به این منطقه کوهستانی رسید و بخش بزرگی از این رشتهکوه را به ارتفاعی بالاتر از دو کیلومتر رساند. در چنین ارتفاعی، برف و یخ میتوانست باقی بماند و بهتدریج انباشته شود.
بر اساس محاسبات پژوهشگران، تا حدود ۴۵ میلیون سال پیش، بخش کافی از چشمانداز جنوبگان شرقی از این آستانه عبور کرده بود تا یخچالهای کوهستانی شکل بگیرند و شروع به گسترش کنند.
در بخش دیگری از تحلیلها نیز مشخص شد که یخسار دقیقاً در همین دوره شروع به شکلگیری کرده است. تا زمان آغاز یخزدگی قارهای، دمای جهانی از اوج حدود ۳۰ درجه سانتیگراد در ۵۰ میلیون سال پیش، به حدود ۲۰ درجه سانتیگراد کاهش یافته بود.
دو بازخورد اقلیمی که یخ را گسترش داد
پس از شکلگیری یخچالها در ارتفاعات، دو حلقه بازخوردی وارد عمل شدند.
نخست، یخ و برف نسبت به سنگهای برهنه، نور خورشید بسیار بیشتری را بازتاب میدهند. بنابراین با گسترش یخسار، منطقه اطراف نیز بیشتر سرد شد. مدلسازی پژوهشگران نشان میدهد همین عامل بهتنهایی دمای جهانی را حدود یک درجه سانتیگراد کاهش داده است.
دوم، با سرد شدن هوای بالای جنوبگان، ظرفیت آن برای نگهداری بخار آب کاهش یافت. بخار آب یک گاز گلخانهای قدرتمند است. هوای خشکتر به معنای تضعیف لایه عایق گرمایی در جو منطقه بود و همین مسئله اجازه داد دما باز هم بیشتر کاهش یابد.
این دو بازخورد در کنار هم باعث شدند یخسار از پایگاههای کوهستانی خود به سمت ساحل گسترش یابد و در نهایت به یخسار واحدی تبدیل شود که امروز در جنوبگان میبینیم.
چرا شمالگان همزمان یخ نزد؟
نکته مهم این است که کاهش حدود یک درجهای دمای جهانی برای یخزدن شمالگان کافی نبود؛ زیرا خشکیهای نیمکره شمالی ارتفاع لازم را برای عبور از این آستانه نداشتند. حدود ۲۵ میلیون سال دیگر زمان لازم بود و سطح دیاکسیدکربن و دمای جهانی باید بسیار بیشتر کاهش مییافت تا یخسارهای بزرگ در آن منطقه نیز شکل بگیرند.
تغییر دمایی ناشی از شکلگیری یخسار جنوبگان نیز آنقدر نبود که دمای اقیانوسهای قطبی اطراف جنوبگان را بهشدت کاهش دهد. این موضوع، دو معمای اصلی درباره منشأ یخسار جنوبگان را با یکدیگر آشتی میدهد: اینکه چرا این قاره زودتر یخ زد و چرا اقیانوس جنوبی برای میلیونها سال پس از آن همچنان نسبتاً گرم باقی ماند.
زمینشناسی چگونه زمینه عصرهای یخبندان را میسازد؟
این پژوهش نشان میدهد زمینشناسی چگونه زمینهساز عصرهای یخبندان میشود. ارتفاع خشکی تعیین میکند که آیا یک اقلیم مشخص به اندازه کافی سرد هست که بتواند یخ تولید کند یا نه.
این مفهوم برای درک دیگر رویدادهای اقلیمی گذشته زمین نیز اهمیت دارد. اگر فرایندهای عمیق درون زمین بتوانند یک چشمانداز را مدتها پیش از سرد شدن کافی اقلیم برای شکلگیری یخسارها آماده کنند، ممکن است در عصرهای یخبندان پیشین نیز نقش داشته باشند.
درک چگونگی رشد یخسارهای گذشته میتواند سرنخهایی درباره آینده نیز به ما بدهد. این مطالعه نشان میدهد شرایط لازم برای شکلگیری یک یخسار قارهای بسیار خاص است و طی زمانهای طولانی زمینشناختی فراهم میشود.
اما زمانی که یخسارها ذوب میشوند، بسیار سریعتر از زمانی که برای شکلگیری آنها لازم بوده از بین میروند. و اگر یکبار از دست بروند، بهسادگی دوباره رشد نخواهند کرد.
