التفاعل بين الجرف القاري و المناخ التغير في ميلينيا

The Foundations of Continental Drift

الفكرة التي تقول بأن القارات ليست ثابتة ولكنها هجرت عبر العالم على مدى مئات الملايين من السنوات تم التعبير عنها بدقة أولاً من قبل ألفريد ويغنر في عام 1912، نظرية ويغنر من الانجراف القاري اقترحت أن تكون جميع أملاك الأرض متحدة في مرة واحدة في شبه القارة التي أطلق عليها Pangaea بدأت هذه التجزئة الهائلة منذ 200 مليون سنة.

وعلى الرغم من الطابع المدمر لفرضية ويغنر، فقد واجهت في البداية هيمنة واسعة النطاق، ويرجع ذلك أساسا إلى أن ويغنر لا يستطيع تحديد آلية مقنعة قادرة على قيادة هذه الحركات القارية الضخمة، ومع ذلك، فقد جمع أدلة مقنعة من مختلف الميادين: مطابقة السجلات الأحفورية الموجودة في قارات واسعة الانتشار، وتسلسلات صخرية مماثلة عبر أحواض المحيطات، والضربات الجليدية في المناطق التي أصبحت الآن مدارية كلها تشير إلى وجود روابط قارية سابقة.

اليوم، نظرية ويغنر ذات مرة مقبولة عالمياً كجزء أساسي من الإطار الأوسع المعروف بـ ] تُضفي على التكتونيات الاصطناعية ، وهذا النموذج العلمي يفسر الانجراف البطيء ولكن المتقطع لللوحات التكتونية، الذي يقوده التكتلات المتحركة، والضغط على الأرض، والسحب غير المستقرة لمدة سنة واحدة

كيف تتحرك الوحدات:

قذيفة الأرض الخارجية، الغلاف الجوي مجزأة تقريباً إلى عشرات لوحات التكتونية الرئيسية والعديد من الأصفاد الأصغر، هذه اللوحات تطفو على طبقة النملة جزئياً، تسمى الغلاف الجوي، تتحرك استجابةً لمختلف القوى المتولدة داخل الأرض.

وتشمل العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى حركة اللوحة ما يلي:

• "تيار "مانتل" للتحكم في الأنف "الدموع" "الدماء من الأرض" "يسبب تياراً للتحكم داخل المعبد" "يخلق قوى جرّية تنقل قاعدة اللوحات"
• Ridge push:] At mid-ocean ridges, newly formed, hot lithosphere is elevated relative to older, cooler crust, causing a gravitational push away from the ridge.
• Slab pull:] The dominant force, slab drag occurs when dense, cold oceanic plates sink into subduction zones, dragging the rest of the plate along.

عند الحدود المتباينة، تبتعد الصفائح، مما يسمح للمغناطيس أن يرتفع ويخلق قشرة محيطية جديدة، بينما في الحدود المتشابكة، يُجبر على القفز تحت الأخرى، إعادة تدوير القشرة إلى المعبد، وتُمكن الحدود من التقلبات الأفقية لبعضها البعض، وهذا النظام الديناميكي لا يولد الزلازل والنشاط البركاني فحسب، بل يُحدث أيضاً تأثيراً عميقاً على المناخ الأرضي.

إن الانجراف البطيء للقارات يعيد تشكيل تصميم المحيطات والكتلة الأرضية، الذي يتحكم بدوره في الهندسة في أحواض المحيطات، والتداول الجوي، والميزانية الحرارية العالمية، ووضع القارات بالنسبة للمحيطات والأوعية هو سيطرة أساسية على أنماط المناخ الطويلة الأجل، التي تعمل على ما يزيد على الملايين إلى عشرات الملايين من السنوات، وعلى سبيل المثال، فإن القارات التي تقع بالقرب من القطبين تشجع على تكوين الكوادر الجليدية.

Climate Change: Natural and Anthropogenic Drivers

ويحدث تغير المناخ على عدة تداخلات في الوقت، تتأثر بطائفة متنوعة من العوامل الطبيعية والبشرية، وفي فترات زمنية قصيرة تتراوح بين سنوات وقرون من الانفجارات الفولطية، والتقلبات الشمسية، والأنشطة البشرية مثل انبعاثات غازات الدفيئة تهيمن على تقلبات المناخ.

في فترات زمنية مطهرة، تغيرات مدارية الأرض، المعروفة بدورات ميلانكوفيتش، تقود فترات الجليد والترابط بين الجليد، عن طريق حفز توزيع وكثافة الإشعاع الشمسي على سطح الكوكب، وهذه الدورات توضح الكثير من أنماط عصر الجليد التي لوحظت على مدى عدة مئات من السنوات.

غير أن الأعمال البحرية العائمة على امتداد ملايين السنين تشكل آلية أساسية أساسية أساسية أساسية يمكن أن تضخم أو تخفف من حدة تغيرات المناخ في الأجل القصير وتشمل الإجبارات على المناخ الطبيعي على هذا النطاق ما يلي:

• التغيرات في تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من التفريغ البركاني والارتفاع بالطقس.
• التعديلات في تداول المحيطات بسبب تحول الطرق البحرية والمواقع القارية.
• (ب) التغيرات في الطلاء الكوكبي الناجمة عن نمو أو تفكك صحائف الجليد.

ومن ثم، فإن فهم خلفية الديناميات المناخية العميقة التأقلم، بما في ذلك دور الانجراف القاري، أمر أساسي لسياق الاتجاهات المناخية الحالية والمقبلة، وهذا التفاعل يوفر رؤية قيمة لكيفية استجابة نظام المناخ الأرضي للاضطرابات البطيئة والمستمرة التي يمكن أن تحسن نماذج المناخ المتوقعة.

The Interplay: Continental Drift as a Climate Forcing Mechanism

فالإنجراف القاري يؤثر على المناخ من خلال طرق متعددة مترابطة تعمل على مختلف المستويات المكانية والزمنية، وتقضي هذه الآليات معاً بالتطور الطويل الأجل لحالة المناخ في الأرض، وتستكشف الأقسام الفرعية التالية هذه الطرق بالتفصيل.

المحيطات

وينظم الترتيب المكاني للقارات مسارات التيارات المحيطية التي تؤدي دورا حاسما في إعادة توزيع الحرارة من المناطق المدارية نحو القطبين، ويؤثر هذا إعادة التوزيع على المناخ الإقليمي والعالمي من خلال تنظيم درجات الحرارة.

فعلى سبيل المثال، أدى فتح ممر الدريك بين أمريكا الجنوبية وأنتاركتيكا قبل نحو 41 مليون سنة إلى تطوير " تيار القطب الجنوبي " ، وقد أدى هذا الدور المميز الحالي المعزل حراريا، الذي أسهم في تضخيمه وفي بداية صحائف الجليد في أنتاركتيكا، وعلى العكس من ذلك، أدى إغلاق " إسماعيل " في بنما قبل نحو 3 ملايين سنة إلى إعادة توجيه المياه الجليدية الشمالية، مما أدى إلى تعزيز التحول في منطقة الخليج.

كما يمكن للمكونات أن تحجب أو تسمح بتشكيل كتل مياه عميقة، مما يقود حركة حرارة العالم، التي يشار إليها غالبا ب " حزام النقل العالمي " ، واليوم، فإن أشكال المياه العميقة في شمال الأطلسي والمحيط الجنوبي، وفي حالة اختلاف المواقف القارية، يمكن لهذه المواقع أن تتغير بشكل كبير، وتتغير حركة المحيطات والمناخ، وعلى مدى ملايين السنين، يمكن لإعادة ترتيب الطرق البحرية وبوابات المحيطات أن تقلب الأرض بين مسارات النقل الجليدية.

الآثار الطبوغرافية ونظائر الأمطار

إن النطاقات الجبلية التي تولدها حوادث التصادم التي تكتونية تمثل حواجز أوروغرافية هائلة تؤثر على أنماط التداول والتهيبات في الغلاف الجوي، والارتقاء بمنطقة هيمالايا وبلاط التيبت منذ حوالي 50 مليون سنة هو أحد أكثر الأمثلة تأثيرا.

إن نظام الجبال هذا يحجب الرياح الموسمية الرطبة من المحيط الهندي، ويكثف من شهر جنوب آسيا ويولد ظلالاً مطرة واسعة على الجانب الشمالي من الهضبة، وتسهم هذه الظلال في قاحلة آسيا الوسطى، وبالمثل، فإن رفع مستوى الأنديز على طول الهامش الغربي لأمريكا الجنوبية يخلق ظلاً مطيراً واضحاً شرقاً من المحيط، مما يعزز ظروف الباتا الجامدة في منطقة المحيط.

وهذه التغيرات الطبوغرافية تبعث أيضا على الارتداد في المناخ العالمي لأن زيادة طقس أسطح الصخور المعرضة حديثا تستهلك ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي عن طريق ردود فعل كيميائية تشمل المعادن الميسرة، وهذه العملية التي تعمل على مدى عشرات الملايين من السنوات، تعمل كجهاز حراري طبيعي، وتبريد الكوكب تدريجيا عن طريق الحد من تركيزات غازات الدفيئة.

البراكين وكربون سيكل

وتقود التكتلات الكترونيات النشاط البركاني الذي يُطلق ثاني أكسيد الكربون المخزن في منضدة الأرض إلى الغلاف الجوي، وتنتج مناطق التخصيب، حيث تغطس صفيحة واحدة أسفل أخرى، براكين من القوس تسهم مجتمعة في جزء كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الطبيعي.

إن موقع وكمية التغير البركاني في الوقت الذي تهاجر فيه القارات، والمقاطعات الكبيرة ذات الجسامة، والأحداث البركانية الضخمة التي كثيرا ما ترتبط بالانفصال القاري، يمكن أن تبعث بكميات هائلة من ثاني أكسيد الكربون على فترات جيولوجية قصيرة نسبيا، وقد ارتبطت هذه الأحداث بحلقات الاحترار العالمي والانقراضات الجماعية.

وعلى العكس من ذلك، فإن تجويع القشرة القارية يزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، وهذه التغذية السلبية تثبط المناخ على النطاقات الزمنية الجيولوجية عن طريق الموازنة بين التجاوزات البركانية، كما أن الانجراف القاري يغير حجم وتعرّض الكتلة الأرضية، فضلا عن توزيع النشاط البركاني، مما يحوّل هذا التوازن الدقيق.

إن فهم هذه التعليقات أمر حاسم لتفسير المناخ المتطرف في الماضي، مثل الاحترار البيرمي - الثلاثي أو الدفء الخفيف، حيث لعبت التكتونية والفولكانية أدوارا محورية في تشكيل التركيبة الجوية للأرض والمناخ.

دراسات الحالة من خلال الفترة العتيقة

ويقدم السجل الجيولوجي أمثلة واضحة على كيفية تحرك الانجراف القاري للتحولات الرئيسية في مناخ الأرض، وتبرز دراسات الحالات الإفرادية التالية التحولات الرئيسية التي توضح التأثير العميق للتكتونيين على المناخ على مئات الملايين من السنين.

أرض الثلج و إنفصال رودنيا

وخلال فترة العصر الحديث، التي مضت من 720 إلى 635 مليون سنة تقريبا، شهدت الأرض بعض من أكثر التوهبات تطرفا في تاريخها، وهي دولة كثيرا ما يشار إليها ب " أرض الكرة الأرضية " . وقد أدى انفصال القارات الكبرى رودينيا دورا حاسما في هذه الكارثة المناخية.

ومع تجزؤ رودينيا، تعرضت مساحات واسعة من القشور القارية بالقرب من خط الاستواء، حيث انخفض الطقس الكيميائي المكثف للصخور المهددة من مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وأدى هذا الانخفاض في غازات الدفيئة إلى التبريد العالمي في الممرات، مما سمح للسيارات الجليدية بالتوسع حتى في خطوط العرض المدارية وحفر الكوكب في الجليد.

كما أن الطلاء العالي الناتج عن الغطاء الجليدي العالمي يزيد من التبريد في حلقة إيجابية من ردود الفعل، وقد تطلبت عملية التفكك النهائية للجليد والانتعاش من هذه الدولة على الأرجح حدوث قفزة بركانية كبيرة لتجديد ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما يبين التوازن الدقيق بين التكتونية ودورة الكربون والمناخ.

جمعية الإنقراض البيرمي والبانغايا

وقد كان لجمعية البانيا المتاخمة في أواخر الفترة الفارمية، قبل حوالي 260 مليون سنة، عواقب كارثية على مناخ الأرض والمحيط الحيوي، وأدى دمج معظم الكتلة الأرضية في قارة واحدة شاسعة إلى الحد من حجم البحار الضحلة التي تعيش في القارة وإلى تعطيل أنماط التداول المحيطي.

وأدت إعادة التنظيم هذه إلى انتشار الأوسمة والركود المحيطي، مما أثر تأثيرا شديدا على الحياة البحرية، وعلى الأرض، شهدت المناطق الداخلية القارية الواسعة تفاوتات موسمية شديدة بسبب مسافتها من مصادر الرطوبة المحيطية، مما أدى إلى تهيئة الظروف القاحلة والمتذبة، كما أن انخفاض المساحة الساحلية قد قلّ من معدلات الطقس، مما حد من خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

وفي الوقت نفسه، أطلقت الانفجارات البركانية الضخمة من سلسلة " سيبيريا " كميات هائلة من غازات الدفيئة، مما أدى إلى حدوث أثر دفء مفاجئ، وقد ساهمت هذه القوى التكتونية والبركانية مجتمعة في حدث الإنقراض الفارسي - الطارق الذي وقع قبل نحو ٢٥٢ مليون سنة - أكبر انقراض جماعي في تاريخ الأرض.

Cretaceous Greenhouse and Seaway Changes

إن فترة الكرتاس، التي تمتد من 145 إلى 66 مليون سنة، معروفة لمناخها الدافئ الذي يتسم بارتفاع مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وغياب كبسولات جليدية قطبية دائمة، وقد تأثر هذا المناخ تأثراً شديداً بكسر البنغايا وتشكيل مجرى بحري ضحل واسع النطاق.

وربطت الممرات البحرية مثل طريق غربي الداخلية في أمريكا الشمالية أحواض المحيطات، مما سمح بدخول المياه المدارية الدافئ إلى خطوط العرض الأعلى ودرجات الحرارة المتوسطة على الصعيد العالمي، ودعمت المناطق القطبية الغابات المزروعة بسبب عدم وجود الجليد.

وقد حافظ النشاط البركاني المرتفع، بما في ذلك تشكيل مقاطعات كبيرة من قبيل " أونتونغ جافا بلاتو " ، على ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون خلال هذا الوقت، حيث تتقدم الانجراف القاري عبر منطقة الخلود والسنوزية، وإغلاق الطرق البحرية وفتح بوابات المحيطات مما أدى تدريجيا إلى تهدئة المناخ في العصر الحديث.

Cnozoic Coling and the Rise of the Himalayas

وقد بدأ تصادم شبه القارة الهندية مع أوراسيا قبل حوالي 50 مليون سنة تشكيل هيمالايا وبلاط التيبت، مما أثر تأثيرا عميقا على المناخ العالمي، وقد تسارع هذا الحدث لبناء الجبال في تجويعه، الذي انخفض ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وساهم في التبريد العالمي.

وفي الوقت نفسه، أدى فتح بوابات المحيط الجنوبي، مثل ممر الدريك وبحر تسمانيا، إلى تيسير تطوير تيار القطب الجنوبي، وهذا القطب المعزل حراريا حاليا، مما أتاح تكوين صحائف ثلج دائمة قبل ٣٤ مليون سنة، ووسيلة انتقال الأرض من عالم يحترق إلى عالم جليد.

وفي وقت لاحق، أدى رفع مستوى الهيمالايا إلى تعزيز النظام الريحي الآسيوي، مما أدى إلى تفاعلات إقليمية معقدة في مجال المناخ لا تزال تؤثر على أنماط الطقس اليوم، وتوضح التغيرات التي تكتونية وأوقيانية مجتمعة خلال فترة سينوزويك الدور القوي للانجراف القاري في تشكيل مسارات مناخ الأرض نحو ظروف أكثر برودة.

Future Climate Scenarios: The next Supercontinent

وفي المستقبل، تنبأ نماذج التكتونية باللوحة بأن القارات ستستمر في خطتها البطيئة ولكن لا يمكن تجاوزها، ثم تعود إلى شبه القارة الجديدة في حوالي 250 مليون سنة، وقد اقترحت سيناريوهات مختلفة، منها " بروكسيما " ، حيث تتجمع القارات بالقرب من خط الاستواء، و " أمازيا " التي تتصور وجود كتل أرضية بالقرب من القطب الشمالي.

وسيؤدي هذا التردد الكبير في المستقبل إلى تغيير كبير في أنماط المناخ العالمية، إذ أن وجود شبه القارة في وسط خط العرض سيشهد تغيرات في درجات الحرارة الموسمية الشديدة بسبب نشأته القارية الواسعة، وهي ظاهرة تعرف باسم ] القارة . وعلى العكس من ذلك، يمكن للقارات القطبية الخارقة أن تشجع على تذبذب واسع النطاق، مما قد يؤدي إلى جعل الأرض في حالة جليدية جديدة.

وسيتأثر تداول المحيطات تأثرا عميقا حيث أن الممرات البحرية الرئيسية قريبة من أحواض المحيطات الجديدة مفتوحة، مما يعيد تنظيم التداول العالمي لشبكة حرائق حرارة السفن، وقد يؤدي ازدياد النشاط البركاني المرتبط بالتجمعات شبه القاحلة إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما قد يؤدي إلى التهدئة من التقلبات الجوية المعززة، ومع أن هذه الإسقاطات تظل مضاربة، فإنها تؤكد على الصلة الدائمة بين الانجراف القاري والمناخ، وهي صلة ستستمرة في تشكيل بيئة الأرض بالنسبة للآفات.

For readers interested in a detailed overview of future plate motions and their implications, see this comprehensive study published in ]Nature].

البحث الحديث والباحثات الجارية

وبينما تعمل الأنجراف القاري على نطاق زمني أطول بكثير من تغير المناخ البشري المنشأ مؤخراً، فإن فهم تأثيره السابق أساسي لتفسير تقلبات المناخ الطبيعية للأرض، وتحفز نماذج المناخ فترات الدفء السابقة، مثل الكرتاس أو الإيوكان، تعتمد على إعادة بناء دقيقة للترسيب الوبائي للقارات وأحواض المحيطات - لتكرار الولايات المناخية الملاحظ.

وتساعد هذه النماذج على تحسين فهمنا للتغذية المرتدة المناخية الرئيسية، بما في ذلك الغطاء السحابي، وديناميات دور الكربون، التي هي أيضاً حاسمة في التنبؤ بتغير المناخ في المستقبل، علاوة على أن دراسة تغير المناخ في أعماق البحار ترسي خط أساس يقارن على أساسه التأثيرات البشرية الحديثة، مما يمكّن العلماء من التمييز بين التغيرات التي تحركها الإنسان من التقلب الطبيعي.

فعلى سبيل المثال، يتجاوز معدل زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي اليوم المعدلات الملاحظة في معظم السجلات الجيولوجية، مما يؤكد الطابع غير المسبوق لجبر المناخ الحالي، ومع ذلك، فإن الأفكار المستقاة من الدراسات الشحيحة التي تُستنير بها والتي تُعد معلومات عن التكتلات هي سياق لا يقدر بثمن لتقييم قدرة الأرض على التكيف والضعف في ظل ظروف سريعة التغير.