العلاقة بين المناخ وقدرة الأرض على تجديد نفسها.. 6 سنوات من البحث لكشف أسباب تغيير الطبيعة جلدها منذ الانقراض الجماعي

منذ حوالي 250 مليون سنة – قبل فترة طويلة من تجول الديناصورات على الأرض – أدى الاحتباس الحراري والمحيطات الحمضية الناتجة عن الانبعاث البركاني السريع للفخاخ السيبيريّة إلى الانقراض الجماعي البرمي-الترياسي ، مما أدى إلى القضاء على أكثر من 95٪ من البحار و 70 ٪ من الحياة الأرضية.

ثم قامت الطبيعة الأم بعمل أفضل ما لديها – تجديد نفسها، لكن لماذا استغرقت وقتًا طويلاً للقيام بذلك؟

هذا ما قام به فريق دولي من الباحثين بقيادة الأستاذة Xiao-Ming Liu (جامعة نورث كارولينا، علوم الأرض والبحرية والبيئية) ، دكتوراه. طالبة تشينج كاو (زميلة ما بعد الدكتوراه الآن ، جامعة نانجينج) وباحثة ما بعد الدكتوراه السابقة كليمان ب باتاي (الآن أستاذة مشاركة ، علوم الأرض والبيئة في جامعة أوتاوا)، تم التحقيق فيها على مدى ست سنوات.

تم نشر النتائج التي توصلوا إليها اليوم في Nature Geoscience ، التي توضح الدراسة العلاقة المذهلة بين الحياة والمناخ وقدرة الأرض على تجديد نفسها، جنبًا إلى جنب مع تأثير اختفاء كائن حي واحد (في هذه الحالة ، مجموعة واحدة من الكائنات البحرية الدقيقة ، الراديولاريون) ساهم في صنع الأرض غير صالحة للسكن تقريبًا لملايين السنين.

رسالتهم الرئيسية هي أن كل كائن حي على هذا الكوكب يلعب دورًا خفيًا في بعض الأحيان ولكنه حاسم في تنظيم الدورات البيوجيوكيميائية ، وأنه ينبغي أن يشجعنا على الاتكاء على الحفاظ على كوكبنا والإشراف عليه.

البروفيسور باتاي يتحدث عن هذه الدراسة وتأثيرها:

من خلال هذه الدراسة ، نقترح حلاً لشرح التعافي المطول للحياة بعد الانقراض الجماعي الأكثر خطورة ، وهو الانقراض الجماعي البرمي -الترياسي (حدث الانقراض البرمي بسبب الانفجار البركاني الهائل للفخاخ السيبيرية وما يرتبط بها من الاحترار وتحمض المحيطات التي قضت على أكثر من 95٪ من الأنواع البحرية و 70٪ من الأنواع البرية.).

لعقود من الزمان ، كان العلماء في حيرة من أمرهم بسبب عدم استعادة الحياة بعد هذا الانقراض الجماعي ، إلى جانب استمرار الظروف البيئية الصالحة للسكن على هذا الكوكب. آليات التنظيم النموذجية التي لوحظت بعد أحداث الانقراض الجماعي الأخرى ، وخاصة التجوية الكيميائية، يبدو أنه لم ينجح في إعادة الأرض إلى ظروف صالحة للسكن بعد الانقراض الجماعي البرمي-الترياسي. لقد استغرق الأمر أكثر من 5 ملايين سنة بعد نهاية النشاط البركاني الهائل للفخاخ السيبيريّة لكي تتعافى الحياة في أوائل العصر الترياسي. نوضح أن هذا الانتعاش الذي طال أمده يمكن تفسيره من خلال زيادة التجوية العكسية في المحيط بسبب انقراض الكائنات الحية الدقيقة الصغيرة التي تسمى Radiolarians. كانت هذه الآلية غير المدروسة ستحافظ على مناخ الدفيئة الحار والمحيطات الحمضية لملايين السنين ، مما يمنع الحياة من التعافي. فقط عندما ظهر هؤلاء الراديولاريون مرة أخرى بعد عدة ملايين من السنين ، كانت الأرض قادرة على العودة إلى الظروف الصالحة للسكن والحياة للتعافي بشكل كامل.

متى وأين تم إجراء هذا البحث؟

تم إجراء هذا البحث بين عامي 2016 و 2022. تم إجراء معظم التحليلات في مختبر Xiao-Ming Liu في قسم علوم الأرض والبحار والبيئة بجامعة نورث كارولينا ، بين عامي 2016 و 2019 بواسطة Cheng Cao و Clément P. Bataille . تم إجراء النمذجة بواسطة Cheng Cao بين عامي 2018 و 2020. تمت كتابة الورقة في العديد من التكرارات بين عامي 2020 و 2021 بواسطة Cheng Cao و Clément P. Bataille و Xiao-Ming Liu. كانت النتائج مفاجئة للغاية لدرجة أن الأمر استغرق منا عدة سنوات للدفاع عن فرضيتنا بشكل صحيح.

ما هي النتائج الرئيسية الخاصة بك؟ ما الموضح الذي لم نعرفه أو نفهمه من قبل؟

يعد الانقراض الجماعي في العصر البرمي والترياسي (قبل 251.9 مليون سنة) ، والذي يُطلق عليه أيضًا بالعامية “الموت العظيم” ، أكبر حدث انقراض جماعي معروف في تاريخ كوكبنا. خلال هذا الحدث ، اختفت غالبية الأنواع البحرية والبرية في فترة زمنية قصيرة. حدث الانقراض الجماعي هذا بسبب البراكين الهائلة ، المصائد السيبيرية ، التي انبعثت كميات هائلة من غازات الدفيئة ، وزيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، وارتفاع درجة الحرارة ، وتحمض المحيطات. ومع ذلك ، على عكس أحداث الانقراض الجماعي الأخرى حيث تعافت الحياة بسرعة وتنوعت مرة أخرى ، فقد استغرقت الحياة أكثر من 5 ملايين سنة للتعافي من هذا الانقراض الجماعي. ظلت الظروف البحرية والبرية غير مواتية للحياة مع استمرار ارتفاع درجات الحرارة وتحمض المحيطات ونقص الأكسجين المتكرر في المحيطات لملايين السنين.

حير استمرار هذه الظروف العلماء لسنوات لأن النشاط البركاني لفخاخ سيبيريا توقف بعد بضع مئات الآلاف من السنين. عادة عندما تتوقف الانبعاثات ، تمتلك الأرض آلية تسمى التجوية الكيميائية التي تعمل على تنظيم المناخ مرة أخرى إلى ظروف صالحة للسكن. يشمل التجوية الكيميائية جميع التفاعلات التي تغير الصخور على سطح الأرض. عندما تتغير الصخور ، فإنها تطلق بعض الكالسيوم ، والذي عند نقله إلى المحيط يمكن أن يتحد مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين الكربونات. من خلال هذه الآلية ، تنظم الأرض مناخها ، لأنه عندما ترتفع درجة حرارة الكوكب ، تتسارع الصخور في الطقس ، وتتراكم المزيد من صخور الكربونات في المحيط ، مما يؤدي في النهاية إلى تقليل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وتبريد المناخ.

ومع ذلك ، خلال العصر الترياسي المبكر، على الرغم من الأدلة على زيادة التجوية الكيميائية ، فشلت هذه الآلية في تقليل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وظل المناخ شديد الحرارة ، و [ظلت] المحيطات حامضية ، مما يمنع الحياة من العودة. في هذه الدراسة ، تمكنا من التوفيق بين هذه الملاحظات المتناقضة لشرح سبب بقاء الظروف البيئية غير صالحة للسكن لفترة طويلة بعد الانقراض الجماعي الذي كاد يؤدي إلى اختفاء الحياة على الأرض.

وكيف تم إجراء هذا البحث؟

في هذه الدراسة، استخدمنا نظائر الليثيوم في الكربونات البحرية البرمية وأوائل العصر الترياسي لإعادة بناء نظائر الليثيوم في المحيط خلال تلك الفترة. النظائر هي الأشكال المختلفة للعنصر الموجود في الطبيعة ونسبة هذه النظائر في الركائز توفر معلومات حول العمليات التي تحدث على الأرض.

تترسب صخور الكربونات مباشرة من المحيط ويمكن أن تحافظ على التركيب النظيري للمحيط في الفترة التي تشكلت خلالها. كانت فكرتنا الأولية عند استخدام نظائر الليثيوم هي الحصول على بعض الأفكار حول عمليات التجوية الكيميائية التي تحدث على الأرض خلال فترة العصر البرمي-الترياسي.

من المعروف أن تركيب نظائر الليثيوم في المحيط يستجيب للتغيرات في التجوية الكيميائية على الأرض لأن النظائر يتم تمييزها أثناء تفاعلات التجوية الكيميائية.

ومع ذلك ، عندما قمنا بتحليل نظائر الليثيوم في تلك الكربونات القديمة، اكتشفنا أن تركيبة نظائر الليثيوم في المحيط قد انخفضت بشكل كبير قبل حدث الانقراض مباشرة وظلت عند قيم منخفضة للغاية في جميع أنحاء أوائل العصر الترياسي. تحققنا أولاً من أن هذه الإشارة كانت حقيقية من خلال التأكد من أننا كنا نسجل التركيب النظيري الأصلي للفترات البرمية-الترياسية.

بمجرد تأكيد ذلك ، لم نتمكن من تفسير تركيبة نظائر الليثيوم المنخفضة جدًا التي لوحظت في المحيط لهذه الفترة من خلال استدعاء التغييرات في التجوية الكيميائية الأرضية فقط. شيء آخر كان يجب أن يلعب، لذلك ركزنا انتباهنا على آلية أخرى أقل دراستها تسمى التجوية العكسية، والتي عرفنا أنها يمكن أن يكون لها تأثير كبير على تركيبة نظائر الليثيوم البحرية.

تحدث التجوية العكسية في قاع المحيط وتتكون من تكوين الطين البحري عن طريق ترسيب السيليكا والكاتيونات الأخرى الذائبة في مياه البحر.

ومع ذلك ، لكي يحدث تفاعل التجوية العكسي هذا بمعدل مرتفع ، يحتاج المحيط إلى تركيزات عالية من السيليكا الذائبة. في المحيطات الحديثة ، يكون تركيز السيليكا الذائبة منخفضًا للغاية لأن القليل من الكائنات الحية التي تُدعى السيليسيات (الدياتومات) تمتص كل هذه السيليكا تقريبًا لتكوين أصدافها. هذه التركيزات المنخفضة من السيليكا تحد بشكل كبير من تفاعلات التجوية العكسية التي تحدث في قاع المحيط. ومع ذلك ، فقد لاحظنا أنه خلال العصر البرمي المتأخر ، انقرضت تلك الكائنات الدقيقة للسيليكون. بمجرد انقراض هذه الكائنات الحية ، تزداد السيليكا الذائبة في المحيط بسرعة ولا شيء يمنع المحيط من تكوين كميات هائلة من الطين البحري (أي زيادة معدلات التجوية العكسية).

بينما تستهلك تفاعلات التجوية العكسية السيليكا الذائبة ، فإنها للأسف تصدر أيضًا ثاني أكسيد الكربون. لذلك ، مع زيادة تفاعلات التجوية العكسية ، زادت مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى الحفاظ على الاحترار العالمي وتحمض المحيطات حتى بعد توقف البراكين في مصائد سيبيريا عن انبعاث ثاني أكسيد الكربون. نظرًا لأن هذه المصاعد الصغيرة لم تتعاف إلا بعد أكثر من 5 ملايين سنة بعد الانقراض الجماعي البرمي والترياسي ، ظلت مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مرتفعة ، واستمر تحمض المحيطات، وظلت الظروف البيئية صالحة للسكن إلى حد كبير. ومن المثير للاهتمام أن هذا يمكن أن يحدث حتى لو كان معدل التجوية الكيميائيةعلى الأرض كان مرتفعًا، مما يفسر الملاحظة المتناقضة لمعدل التجوية المرتفع ومناخ الدفيئة في أوائل العصر الترياسي. خلال فترة العصر الترياسي المبكر ، فشلت الأرض في تقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لأن التجوية العكسية استمرت في انبعاث كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون .

هل هناك أي شيء تود إضافته؟

توضح هذه الدراسة الروابط والتغذية المرتدة التي لا تصدق بين الحياة والمناخ وصلاحية الأرض للسكن، إنه لأمر مدهش أن نفكر في كيفية مساهمة اختفاء مجموعة واحدة من الكائنات البحرية الدقيقة (الراديولارية) في جعل الأرض غير صالحة للسكن تقريبًا لملايين السنين.

إنه درس عظيم لعصرنا الحديث. يساهم البشر حاليًا في الانقراض الجماعي السادس. من بين اختفاء الأنواع الشهيرة مثل الثدييات الأرضية الكبيرة ، تختفي مئات الأنواع الأخرى غير المدروسة. يجب أن نضع في اعتبارنا أن كل كائن حي على هذا الكوكب يمكن أن يلعب دورًا خفيًا ولكنه حاسم في تنظيم الدورات البيوجيوكيميائية. يجب أن يشجع كل فرد منا على العمل من أجل الحفاظ على منزلنا الجميل والإشراف عليه.

تابعنا على تطبيق نبض