Table of Contents
How Sedimentary Rocks Function as Archives of Ancient Climate
فالصخور الرسوبية ليست مجرد طبقات من الرواسب المدمجة؛ فهي مزمنة مفصلة من الأرض 817 821 1؛ وتاريخ البيئة، وكل طبقة من هذه الصخور تلتقط صورة سريعة للظروف التي شكلت في ظلها، من كيمياء المحيطات القديمة إلى تكوين الغلاف الجوي، ومن خلال إزالة هذه الإشارات، يعيد العلماء الجيوديسيون بناء التحولات المناخية التي حدثت قبل ملايين السنين من المراقبة البشرية.
وتشتمل تفاصيل الصخور الرسوبية على التجويف والنقل والترسيب والدايغينيات، وتترك كل خطوة دلائل كيميائية وجسدية، مثلا، يمكن أن يشير حجم الحجر الرملي إلى طاقة مؤشرات الحرارة المتوسطة غير المباشرة، ومتوسط الحرارة 8212؛ وتشير الحبوب النهائية إلى المياه الهادئة، بينما تشير أحجار الكاربسر إلى بيئات عالية الطاقة مثل قنوات التحلل النهري أو السواحل الاضطراباتية.
وتُعد الصخور الكربونية، مثل الحجر الجيري والدومي، ذات قيمة خاصة بالنسبة للدراسات المناخية، وهي تشكل أساسا في المياه البحرية الضحلة التي تستخرج فيها الكائنات الحية كربونات الكالسيوم من مياه البحر، ويسجل التركيب الأيزومري للأكسجين في هذه المركبات الكربونية درجة حرارة المياه وحجم الجليد العالمي وقت التكوين، وبالمثل، فإن نسبة النظائر الكربونية تعكس إنتاجية النظم الإيكولوجية البحرية وسجلات حرارة السفن.
وتوفر رواسب الإجلاء، بما في ذلك الملح الصخري وغزوم، أدلة على الظروف القاحلة، ووجودها في فترات قياسية متداخلة من التهرب المكثف وتداول الأحواض المقيدة، التي كثيرا ما ترتبط بمناخ الدفيئة، وعلى العكس من ذلك، تشير الملاعب الجليدية الجليدية الجليدية الجليدية المتناثرة في هذه الأنواع من الصخور في التسلسلات الرسوبية إلى ظهور نذرة العشري(ب)(ب(ب)(ب)
The Concept of Proxies in Sedimentary Geology
ولا يمكن أن يقيس علماء المناخ بشكل مباشر درجة الحرارة أو الأمطار من ملايين السنين، بل يعتمدون على المعالم الافتراضية)٢٨٢١(؛ وعلى السمات المادية أو الكيميائية أو البيولوجية التي يمكن قياسها والتي ترتبط بالمتغيرات المناخية، وتوفر الصخور الرسوبية مجموعة متنوعة من المواد البديلة، وتشمل أكثر الدول استخداماً التجمعات الأحفورية، والنظائر الثابتة، وتركيزات العناصر الاصطناعية، والحدود المغناطيسية المتشابكة.
فعلى سبيل المثال، تمثل نسبة الماغنيسيوم إلى الكالسيوم في قذائف الكربون مقاساً للأشعة المهلوية، لأن المغنيسيوم يدمج بسهولة أكبر في السعرات الحرارية عند درجات الحرارة المرتفعة، وبالمثل، فإن المركبات العضوية المعروفة باسم " الكينون " ، التي تُحفظ في الرواسب التي تودعها بعض الطحالب البحرية، توفر تقديراً كمياً لدرجات حرارة سطح البحر، وقد أحدثت هذه البعوضات حرارة المحيطات في التحللت من خلال التمكين من إعادة البناء الدقيق.
وتتوقف دقة أي ظفر على مدى حفظ السجلات الرسوبية، والتغيرات الديجينية، والاضطراب البيولوجي، والارتباط، يمكن أن تُغمر أو تدمر الإشارات الأولية، ولذلك يجب على علماء أمراض الشلل أن يفحصوا بعناية العينات باستخدام التقنيات البترولية والجيوكيميائية لضمان أن تعكس القيم المقاسة البيئة الوديعة الأصلية بدلا من تغييرها لاحقا، وهذا التحكم الدقيق في الجودة أمر أساسي لإحداث تعميرات مناخية موثوقة.
Ice Cores: High-Resolution Windows Into the past
وفي حين تسجل الصخور الرسوبية المناخ على مدى مليون سنة، فإن نواة الجليد توفر سجلا مفصلا بشكل استثنائي في السنوات العديدة الماضية، التي تُجرى من صحائف الجليد في غرينلاند وفي أنتاركتيكا، وكذلك من غلاسيس ذات خط رفيع في المناطق المعتدلة، فإن هذه الأسطوانات الجليدية تحتوي على طبقات تتطابق مع السنوات الفردية، وتحافظ كل طبقة على الغازات الكيميائية البعيدة عن الغلاف الجوي المحاصرة في قارات الملو ِّثغرة.
وتأتي أهم السجلات الأساسية للجليد من موقعي فوستوك ودوم جيم ووكالة البيئة في أنتاركتيكا، ومن مشروع غرينلاند الرئيسي للثلج ومشروع غرينلاند الرئيسي للثلج، وتمتد هذه النواة إلى أكثر من 000 800 سنة، وتغطي ثماني دورات للثانية الجانبية الجليدية، وقد أظهرت البيانات المستمدة من هذه القاع وجود علاقة ثابتة نسبيا بين تركيز الكربون في الغلاف الجوي العالمي(1).
ما يُريده (آيس كورس) عن (غرينهاوس غايسيس)
والهواء المحاصر في نواة الجليد هو العينة المباشرة الوحيدة من الغلاف الجوي القديم المتاح للعلم، إذ يمكن للباحثين، بسحق الجليد وتحليل الغاز المفرج عنه، قياس التركيزات السابقة لثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز، وتظهر النتائج أن مستويات ثاني أكسيد الكربون الحالية، التي تتجاوز 420 جزءاً من المليون، لم يسبق لها مثيل في فترة لا تقل عن 000 800 سنة، كما أن الميثان قد ارتفعت إلى أكثر من 1900 جزء من المليون من المليون من المليون من المجموع.
كما تكشف نواة الجليد عن توقيت التغيرات، ويبدو أن درجة الحرارة تؤدي إلى ثاني أكسيد الكربون بعد عدة مئات من السنين عند بداية الإنهاءات الجليدية، مما يشير إلى أن الاحترار الأولي الذي يُدفع بإجبار غازات الدفيئة الصادرة عن المحيط، والذي يضخم الاحترار، وتبرز آلية التغذية المرتدة هذه حساسية نظام المناخ إزاء الاضطرابات التي تحدثها دورة الكربون، وبالتالي فإن السجل الأساسي الجليدي يمكن أن يكون بمثابة حكاية تحذيرية:
ما بعد الغازات: التوقيعات الدافئة والبركانية
وتحتوي نواة الجليد على أكثر من فقاعات الغاز فحسب، وتحتوي الجسيمات الغبارية العازلية المتضمنة في الجليد على معلومات عن القاحلة والأنماط الريحية، وقد كان الجو أكثر غبارا خلال الفترات الجليدية، بسبب اتساع الصحارى وتعبئة رياح أقوى للجسيمات الغرامية، ويمكن تتبع تركيبة الغبار إلى مناطق مصدرية محددة، مثل معتكف غوبي ديسر لب غرينيا، وباتغو.
وتترك الانفجارات البركانية توقيعات لا توصف في نواة الجليد كقمص ذروة في تركيز الكبريت، ويمكن لهذه الطبقات أن تكون موثقة ومرتبطة باختلاف النواحي، وتوفر علامات زمنية تتزامن مع السجلات من غرينلاند ومن أنتاركتيكا، وبقيام كمية الكبريت والتكوين الإسباني للكبريت، يمكن للباحثين تقدير حجم وتأثيرات المعلومات في الغلاف الجوي.
الأوعية البحرية: فتح أسرار البحار العميقة
وبالإضافة إلى نواة الجليد، فإن رسوبيات المحيطات توفر محفوظات تكميلية لتاريخ المناخ، ففي حين أن نواة الجليد لا تغطي سوى المليون سنة الأخيرة، فإن رسوبيات المحيطات يمكن أن تمتد إلى عشرات إلى مئات الملايين من السنوات، وقد استعادت بعثات الحفر في أعماق البحار، مثل تلك التي يقوم بها البرنامج الدولي لاكتشاف المحيطات وأسلافه، نواة من إنتاجية الرواسب من كل حوض من أحواض المحيطات.
أما أكثر الكائنات الحية شحيحة من رسوبيات المحيطات هو نسبة النظائر الأوكسجينية (الثانية 18O) التي تقاس في قذائف كربونات الكالسيوم من الفرنمينفيرا، حيث أن هذه الكائنات ذات الخلية الواحدة تعيش في المياه السطحية والعميقة وتدمج النظائر الأوكسجينية في قذائفها بما يتناسب مع درجة الحرارة والتكوين الرأسي للمياه، نظراً لأن تداول مياه البحر في أحجام مائية مركبة مركبة.
Foraminifera and the Planktonic Record
وتعيش المنابر القاحلة في طبقة سطح المحيط وتتأثر بدرجة كبيرة بدرجات الحرارة السطحية البحرية، وعندما تموت قذائفها تهطل في قاع البحر وتتراكم في الرواسب، وبأخذ عينات من هذه القذائف من أعماق مختلفة في إطار قلب الرواسب، يمكن للباحثين أن يشيدوا سجلا مستمرا لتغير درجة الحرارة السطحية، وقد تحسنت دقة عمليات إعادة البناء هذه من خلال استخدام وظائف المقاييس وتقنيات الحديثة في مجال الأشعة.
وتوفر نسب النظائر الكربونية (13C) من المنافورمينفيرا معلومات عن تداول المحيطات والمضخة البيولوجية، وخلال الفترات الجليدية، خزن المحيط كربونا غير عضوي أكثر حلا في أعماق البحار، مما أدى إلى تدرج واضح بين سطح الماء والمياه العميقة، ومن خلال رسم خرائط لهذه الخانات عبر أحواض المحيط، يمكن للعلماء تتبع مسارات تداول كميات كبيرة من المياه وتحديد التحولات في المياه الجليدية.
Other Biological and Geochemical Proxies
وفيما عدا النافورمينفيرا، تحافظ رسوبيات المحيطات على ثراء من المؤشرات البيولوجية الأخرى، إذ أن أنواع الطحالب البحرية التي تنتج لوحات كربونات الكالسيوم المصغرة، وتسهم في سجل الرواسب وتوفر تقديرات للكفاءة في التهاب الشفاهية من خلال شظاياها الخبيثة، وتشير الديموغرافيات التي لها قذائف سيليكا إلى تغيرات في الخصوبة، والمياه المنتجة.
كما أن القياسات الجيوكيميائية مثل تركيز الفلزات الأثرية (مثل الكادميوم والزنك) في القنابل الخفية تستخدم كبائن لتوافر المغذيات، وقد استخدمت نسبة البرق إلى الكالسيوم في الكربونات البحرية لفحص خلايا المحيطات ودفن الكربون العضوي، وكل هذه البروكسيات، عندما تجمعت في نموذج عصري متين، تسمح بالتصوير المفصل للمكان.
إدماج الرواسب والجليد الأساسي وسجلات ترسبات المحيطات
ولا توجد محفوظات واحدة تُبيّن القصة الكاملة للكوكب الأرضي رقم 8217، والمناخ، فالصخور الرسوبية توفر منظوراً زمنياً عميقاً، وتُقدّم نواة الجليد حلاً سنوياً على مدى الماضي القريب، وتُسدّق رسوبيات المحيطات الفجوة بين هذه الجداول الزمنية، وبإدماج المعلومات من جميع المحفوظات الثلاثة، يمكن للعلماء اختبار الافتراضات المتعلقة بأسباب تغير المناخ وتقييم القدرات التنبؤية للنماذج المناخ.
ومن أكثر النُهج تكاملية قوة مواءمة سجل الميثان الأساسي الجليدي، الذي يعكس انبعاثات الأراضي الرطبة العالمية، مع سجل الرواسب للكثافة الموسمية والتهيؤ المداري، وقد ارتفع الميثان أثناء فترات التقاطع وسقط أثناء التجليد، ويدل تكوينه الأيزوبي على المساهمات النسبية من المصادر المدارية والمرجية.
وثمة جهد تكاملي آخر يركز على دورة الكربون، إذ يمكن مقارنة سجلات رسوبيات المحيطات الخاصة بدفن الكربونات وحفظ المواد العضوية ببيانات ثاني أكسيد الكربون الأساسية الجليدية لتقييم التوازن الكثيف للكربون بين الخزانات، وعندما ارتفع ثاني أكسيد الكربون في نهاية الفترات الجليدية، فمن المرجح أن يكون ذلك من المحيط، كما يتضح من الانخفاض المتزامن في الدورة الثالثة عشرة للكربون المحتوي على مادة الكيمياء الكيماوية، ومن زيادة التركيزات في الغلاف الجوي المسجلة.
التحديات في مجال العلاقة وعلم التسلسل الزمني
إن السجلات المراسلة من مختلف المحفوظات هي أحد أكبر التحديات في مجال علم المناخات المشابهة، ويمكن أن تُؤرخ نواة الجليد بحساب الطبقات السنوية، ولكن هذه الطريقة تصبح أقل موثوقية بما يتجاوز عشرات الآلاف من السنوات، وتُعد رسوبيات المحيطات عادة باستخدام مركبات الكربون الشعاعية لمدة 000 50 سنة الأخيرة، وبإطلاع سجلاتها المصورة على البارامترات المدارية للسنوات القديمة، بل إن الصخور المتماثلة المشعة قد أصبحت أكثر تعقيدا.
وعلى الرغم من هذه الصعوبات، أحرز تقدم كبير، حيث أدى وضع جدول زمني مشترك للسنوات الـ 800 الأخيرة من خلال مواءمة سجلات الأشعة فوق البنفسجية ورواسب المحيطات إلى تحقيق مقارنة مباشرة بين المحفوظات، وفي الآونة الأخيرة، أدى إدماج السجلات الأساسية للملابس والجليد باستخدام إشاراتها الخاصة بالموجات الفوقية إلى توفير مراقبة عمرية مستقلة للفترة الجليدية الأخيرة، ولا تزال هذه التطورات المنهجية تصقل فهمنا لتسلسل التحولات المناخية الرئيسية.
ما يقوله لنا السجل المتكامل عن مدى استدراك المناخ
)٥( تغير المناخ ورقم )٨٢( ورقم )٢٨٢(( ورقم )٢٨٢(( في درجة حرارة التوازن، وهو معيار حرج للتنبؤ بالاحترار في المستقبل، وهو يوفر تقديرات عملية لهذه الحساسية على مجموعة من الجداول الزمنية، أما بالنسبة لمقياس غلاثيوم )منذ نحو ٠٠٠ ٢١ سنة( فكان يبلغ زهاء ٠٩١ جزء من المليون من المقاييس ودرجات الحرارة العالمية ٤.
وتشير السجلات الأطول، مثل تلك التي كانت موجودة في الأوشين (قبل نحو 50 مليون سنة)، عندما تجاوزت مستويات ثاني أكسيد الكربون 1000 جزء من المليون ودرجات الحرارة 10-15 درجة مئوية أكثر دفئا من اليوم، إلى أن نظام الأرض قد تضخم التغذية المرتدة التي تعمل على حدود زمنية تبلغ مليون سنة، وتشمل هذه التغيرات التغيرات في الغطاء النباتي، ومقياس مقياس أشعة الجليد، وتغطية غيمة لا تُسجّر بالكامل في النماذج المستقبلية التي لا تُدّدُّقَدُّدُّ العقود إلى قرون.
Implications for Understanding Anthropogenic Climate Change
إن الأدلة المستمدة من الصخور الرسوبية، والنواة الجليدية، ورواسب المحيطات ترسم صورة واضحة: الأرض 817 821 1؛ وتغير المناخ تغيرا طبيعيا في الماضي، ولكن معدل وحجم التغير الحاليين لا يشكلان سابقة في السجل الجيولوجي، إذ إن الجمع بين غازات الدفيئة المتزايدة، وورقات الجليد المذوبة، والنظم الإيكولوجية المتغيرة يتوافق مع الأنماط التي شوهدت خلال فترات حرارة سابقة، ولكن هذا النظام لا يحدث بسرعة أكبر.
فعلى سبيل المثال، يبين سجل الرواسب أن مستوى سطح البحر خلال الفترة الأخيرة بين الجزر )حوالي ٠٠٠ ١٢٥ سنة( كان أعلى من اليوم ب ٦-٩ مترا، عندما كانت درجات الحرارة العالمية أدفأ من مستوى ما قبل الصناعة، وهو ما يشير إلى أن الاحترار المتواضع الذي استمر على مدى قرون قد يؤدي إلى فقدان كبير في الغطاء الجليدي، كما أن الأدلة المستمدة من رسوبيات المحيطات تشير إلى أن ظواهر تحمض المحيطات في الماضي الجيولوجيا قد ارتبطت بفقدان.
Guiding Mitigation and Adaptation Strategies
إن علم الأحياء الفقيرة ليس مجرد بحث أكاديمي، بل إنه يوفر سياق صنع القرار، وبفهم كيفية استجابة نظام الأرض للضرر الماضي، يمكننا أن نتوقع على نحو أفضل نتائج استمرار الانبعاثات، ويبرز السجل الرسوبي أهمية حلقات التغذية المرتدة، مثل إطلاق الميثان من البرموفروست والأثر الالبدوي لتقلص الغطاء الجليدي، الذي يمكن أن يضخم الاحترار البشري.
وعلاوة على ذلك، فإن السجل المتكامل يبين المدى الطويل لتعافي المناخ، وحتى بعد توقف الانبعاثات، فإنه سيستغرق من آلاف إلى مئات الآلاف من السنوات عودة مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى القيم الطبيعية المترابطة من خلال بطء عملية تهوية السقوط التي تسجل في الصخور الرسوبية، وهذا الثبات من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي يعني أن التغيرات المناخية التي بدأت اليوم ستترتب عليها آثار بالنسبة للعديد من الأجيال المقبلة.
الاستنتاج: قيمة الأرض المأخوذة من المحفوظات الطبيعية
وتشكل الصخور المتفرقة، والجليد، ورواسب المحيطات معا محفوظات غير منفصلة من الأرض الطبيعية)٢٨٢١(؛ وتاريخ المناخ؛ وتظهر أن النظام المناخي دينامي وحساس للاضطرابات، وقادرة على الانتقال السريع عند عبور العتبات؛ وحيث أن الأنشطة البشرية ما زالت تدفع النظام المناخي خارج نطاق التقلب الطبيعي، فإن هذه المحفوظات الطبيعية تزداد أهمية.
والدليل لا لبس فيه: إن ثاني أكسيد الكربون هو مفارقة مناخية قوية، والاحترار والتبريد في الماضي يرتبط ارتباطا وثيقا بتركيزات غازات الدفيئة، كما أن المسار الحالي للانبعاثات يوجّه الأرض نحو دولة لم تُشاهد في ملايين السنين، وبدراسة السجل الرسوبي، نكتسب المنظور اللازم لتخطي هذه الفترة غير المسبوقة من التغير العالمي.