علت یابی گرمایش زمین با تصویربرداری جدید

دانشمندان بخشی از اقیانوس اطلس شمالی را اسکن کرده و بقایای آنچه را که نشانه عظیمی از سنگ داغ بود یافتند که آغازگر یک رویداد سریع گرمایش آب و هوا در 56 میلیون سال پیش است.

به گزارش تکناک، این رویداد آب و هوایی که به عنوان بیشینه گرمایی پالئوسن-ائوسن (PETM) شناخته می شود، به دلیل جهش CO2 جوی، آب و هوای گرم آن زمان را حدود 5.6 درجه سانتی گراد افزایش داد.

سطح گاز های گلخانه ای از حدود 1120 قسمت در میلیون (ppm)به حدود 2020 ppm افزایش یافت که بسیار بیشتر از 417 ppm امروزی است. اگرچه باعث انقراض بزرگی نشد، اما برخی از موجودات اعماق دریا و گیاهان استوایی را از بین برد. دانشمندان می‌خواهند PETM را بهتر درک کنند، زیرا این نمونه‌ای از واکنش زمین به افزایش سریع دی‌اکسید کربن در اتمسفر است که کمی شبیه به چیزی است که در حال حاضر تجربه می‌کنیم، البته از آب و هوای گرم و بدون یخ شروع می‌شود.

یافتن علت

اگرچه علت PETM از زمان کشف آن در دهه 1990 مورد بحث قرار گرفته است، شواهد بیشتر و بیشتری جمع آوری شده است که به مقادیر انبوه CO2 و متان منتشر شده به دلیل فعالیت آتشفشانی در اقیانوس اطلس شمالی به عنوان علت اصلی اشاره می کند. این فعالیت چیزی را ایجاد کرد که اکنون به عنوان منطقه آتشفشانی اقیانوس اطلس شمالی شناخته می شود. این فعالیت نوعی پدیده آتشفشانی عظیم است که با اختلالات و انقراض آب و هوا در زمان های دیگر در گذشته زمین، مانند پایان تریاس، پایان پرمین، ژوراسیک اولیه، و موارد دیگر مرتبط می باشد.

اما در این توضیح مشکلی وجود دارد. جهش دما در شروع PETM بین 3000 تا 10000 سال به طول انجامید، در حالی که فعالیت آذرین بسیار طولانی تر از حدود 63 تا 54 میلیون سال پیش ادامه داشت.

اگر فعالیت آتشفشانی مسئول PETM بوده است، پس باید اتفاق خارق‌العاده‌ای در زمان گرم شدن رخ داده باشد تا آن را از آتشفشانی که قبل و بعد از آن وجود داشت متمایز کند. به نظر می‌رسد که این رویداد خارق‌العاده یک موج سریع زمین‌شناسی ماگما بوده است که به رسوبات نفت‌خیز حمله کرده و دی‌اکسید کربن و متان را خارج کرده است. مقاله ای که در سال 2019 منتشر شد نشان داد که چگونه پالس عظیمی از سنگ گوشته داغ از یک توده گوشته ای می تواند آن ماگما را هنگام پخش شدن در زیر پوسته تامین کند.

در ماه دسامبر، در نشست پاییزی اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا در شیکاگو، همان تیم دانشمندانی که در مقاله 2019 تهیه شده بودند، شواهد اولیه ای را ارائه کردند مبنی بر اینکه بر اساس آنچه که در اقیانوس اطلس شمالی به جا مانده است پالس عظیمی از سنگ گوشته داغ باید وجود داشته باشد.

هیزل نایت، دانشجوی دکترا دانشگاه بیرمنگام بریتانیا، گفت: مدل‌سازی اولیه نشان می‌دهد که ساختار پوسته‌ای دارد که ما برای پوسته اقیانوسی ضخیم‌شده‌ای که در واکنش به دمای واقعاً داغ گوشته شکل گرفته است، انتظار داریم. بنابراین خیلی خوب است که نتایج اولیه واقعاً از فرضیه ما حمایت می کند.

این شواهد از بستر دریا در زیر آب های طوفانی اقیانوس اطلس شمالی در ماه می 2021 توسط دانشمندانی از بریتانیا، ایرلند و دانمارک جمع آوری شد. آنها مقطعی به طول 400 کیلومتر را از میان پوسته زمین در کف اقیانوس بررسی کردند که با استفاده از امواج ضربه ای ساخته شده با هوای فشرده انجام شد. در حقیقت پژواک آن امواج ضربه ای که از لایه های سنگی درون پوسته منعکس می شد را در تحقیق خود مورد مطالعه قرار دادند. این تکنیک به عمق کافی برای تصویربرداری از کل پوسته نفوذ نمی کند، بنابراین آنها همچنین میکروفون های ویژه ای را در بستر دریا به نام « لرزه سنج کف اقیانوس» برای ثبت ارتعاشاتی که از قسمت پایین پوسته عبور می کند، مستقر کردند. هنگامی که این دو نوع اسکن لرزه‌ای با هم ترکیب می‌شوند، لایه‌هایی از رسوبات بستر دریا را نشان می‌دهند که روی سنگ‌های آتشفشانی پوشیده شده‌اند و نشان می‌دهند که پوسته آتشفشانی چقدر ضخیم بالای گوشته زمین است.

پوسته پخته شده

پوسته ضخیم تر نشان می دهد که گوشته در زمان تشکیل پوسته گرمتر بوده است: نایت گفت: اگر واقعاً داغ باشد، مواد بیشتری ذوب می شوند، آنگاه فوران کرده و جامد می شود تا پوسته اقیانوسی ضخیم تری را تشکیل دهد.

از آنجایی که پوسته در بخش لرزه‌ای در غرب جوان‌تر و در شرق مسن‌تر است، رکوردی از تغییر دمای گوشته در طول زمان منتهی به PETM و پس از آن ارائه می‌کند. این یک برآمدگی بزرگ از پوسته ضخیم به نام Eriador Ridge را نشان می دهد که با زمان PETM مطابقت دارد و از این ایده پشتیبانی می کند که یک پالس سنگ داغ در زمان مناسب برای ایجاد رویداد آب و هوایی رخ داده است.

با این حال، ارزش واقعی کار زمانی به دست می‌آید که تاریخ‌ها در امتداد خط بخش لرزه‌ای با استفاده از داده‌های مغناطیسی که اکسپدیشن 2021 ثبت کرده است، تصحیح شود. نایت گفت: این پیری واقعاً بسیار دقیق خواهد بود، زیرا دقیقاً در امتداد نیمرخ لرزه‌ای است.

این تاریخ‌های دقیق به تیم نشان می‌دهد که پالس گوشته داغ با چه سرعتی از جایی که در ابتدا پوسته را شکسته بود به ایسلند امروزی رسیده است. نایت گفت: مدتی طول کشید تا این پالس پخش شود، و سرعت آن چیز بسیار مهم دیگری برای تخمین ما از سرعت انتشار کربن است. اگر این پالس واقعاً آهسته پخش شود، همان مقدار کربن در مدت طولانی آزاد خواهد شد. در مقابل اگر خیلی سریع پخش شود، همه آن کربن خیلی سریع آزاد می شود.

اهمیت این موضوع این است که تاکنون، مقدار کربن آزاد شده برای تولید PETM از پیامدهای انتشارات  چیزهایی مانند تغییرات در شیمی اقیانوس‌ها که در فسیل‌های پلانکتون‌هایی که در آن زمان زندگی می‌کرده‌اند، محاسبه شده است. اما همکاران نایت در دانشگاه بیرمنگام می‌توانند به محاسبه انتشار گازهای گلخانه‌ای از سوی دیگر نزدیک شوند و بفهمند که واقعاً چه مقدار CO2 از گدازه‌ها و رسوبات پخته شده با ماگما منتشر شده است.

نایت توضیح داد: ما به جای تخمین کربن آزاد شده از اثری که روی چیزهایی که تغییر کرده اند، انتشار کربن را مستقیماً از منبع تخمین می زنیم.

اگر بین تخمین آنها و تخمین محاسبه شده بر اساس اثرات بعدی فاصله وجود داشته باشد، این می تواند نشان دهنده کار بازخوردهای آب و هوایی باشد که اثرات CO2 را تقویت یا کاهش داده است، چیزی که خوب است برای زمان حال مشخص کنیم.

استیو جونز، رهبر پروژه از دانشگاه بیرمنگام، گفت: نتایج ما به ما کمک می‌کند بفهمیم که آیا بازخوردها باعث رفتار «نقطه اوج» شده‌اند، که به موجب آن افزایش متوسط در انتشار باعث تغییرات ناگهانی و سریع آب و هوا می‌شود یا خیر؟ این برای آینده ما نگران کننده خواهد بود.

مارکوس گوتجهر از مرکز تحقیقات اقیانوسی GEOMAR هلمهولتز در آلمان که در مطالعه نایت شرکت نداشت، گفت: این کار جالب به نظر می رسد. در سال 2017، گوتجهر بر اساس فسیل‌های پلانکتون‌هایی که در آن زمان در نزدیکی سطح اقیانوس زندگی می‌کردند، محاسبه‌ای از میزان کربن منتشر شده در طول PETM منتشر کرد.

او به Ars گفت که فکر می‌کند مطالعه نایت با مقاله دیگری که امسال در مجله Nature Geoscience توسط توماس گرنون از دانشگاه ساوتهمپتون و همکارانش منتشر شد، مطابقت دارد، که شواهدی برای تشدید ناگهانی فعالیت‌های آتشفشانی همزمان با PETM یافه است.

گوجهر به Ars گفت: اینکه می بینیم مطالعات سنگ شناسی می توانند مطالعات خود را با یافته های مدل ما مطابقت دهند، دلگرم کننده است. نتایج ما کاملاً به وضوح نشان می دهد که اکثر کربنی که در طول PETM به اتمسفر گسیل می شود باید در نهایت از منابع گوشته مشتق شود، بعلاوه افزودن کربن با منبع آلی.

در نهایت هدف نایت این است که از این اطلاعات جدید در مورد زمان عجیبی در گذشته زمین برای زمان خودمان استفاده کنیم: او می گوید: تمرکز اصلی پروژه من، و چیزی که من واقعاً به آن نگاه کرده‌ام، مرتبط کردن این موضوع با آینده است. و تغییرات اقلیمی.