اكتشاف جليد قديم يكشف أسرار مناخ الأرض

اكتشاف نواة جليدية ضخمة في القارة القطبية الجنوبية

نجح فريق بحثي دولي في حفر واستخراج لب جليدي بطول 9,186 قدمًا (2,800 متر) من القارة القطبية الجنوبية يعود تاريخه إلى 1.2 مليون سنة. وقد امتدت العينة إلى عمق كبير لدرجة أنها وصلت إلى الصخور الأساسية تحت الصفيحة الجليدية في القطب الجنوبي.

وقال كارلو باربانتي، منسق مشروع بيوند إيبيكا، أو المشروع الأوروبي لاستخراج الجليد من القارة القطبية الجنوبية، الذي جمع اللب، إن اللب، الذي يبلغ طوله ما يقرب من 25 ملعب كرة قدم من البداية إلى النهاية أو أطول بست مرات ونصف من مبنى إمباير ستيت حتى طرف هوائيه، هو "آلة زمن" تلتقط "أرشيفًا غير عادي لمناخ الأرض".

وقال باربانتي، الأستاذ في جامعة كا فوسكاري الإيطالية في البندقية والعضو المشارك الأول في معهد العلوم القطبية التابع للمجلس الوطني للبحوث في إيطاليا، إن الفريق قام بتقطيع اللب إلى قطع طولها 3.2 قدم (متر واحد) مخزنة في صناديق معزولة حتى يمكن دراستها.

أهمية النواة الجليدية كـ "آلة زمن"

تم جمع اللب من القبة الصغيرة C، وهي واحدة من أقسى المواقع وأكثرها تطرفًا على هذا الكوكب. ويقع الموقع على بعد 21 ميلاً (34 كيلومتراً) من محطة أبحاث كونكورديا الإيطالية الفرنسية ويتعرض باستمرار لهبوب رياح قوية ودرجات حرارة شبه ثابتة تقل عن 40 درجة فهرنهايت تحت الصفر (40 درجة مئوية تحت الصفر).

يمكن أن يوفر الجليد، وهو من أقدم الجليد المحفور على الأرض، إجابات لأكبر الأسئلة المتبقية حول كيفية تغير مناخ الكوكب على مر الزمن.

وقال باربانتي عبر البريد الإلكتروني: "توفر فقاعات الهواء المحصورة داخل لب الجليد لمحة مباشرة عن تكوين الغلاف الجوي في الماضي، بما في ذلك تركيزات غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان". "من خلال تحليلها، يمكننا إعادة بناء كيفية استجابة مناخ الأرض للتغيرات في عوامل التأثير المناخي، مثل الإشعاع الشمسي والنشاط البركاني والتغيرات المدارية. تساعدنا هذه البيانات على فهم العلاقة المعقدة بين غازات الاحتباس الحراري ودرجة الحرارة العالمية على مدى مئات الآلاف من السنين والآن وصولاً إلى 1.2 مليون (سنة) ونأمل أن يكون أبعد من ذلك."

تحليل الجليد القديم وفوائده العلمية

ويأمل العلماء أيضًا أن يسلط الجليد الضوء على السبب الذي تسبب في تغير توقيت العصور الجليدية للأرض فجأة منذ حوالي مليون سنة، وهو الحدث الذي كاد يتسبب في انقراض أسلاف الإنسان القديم، وفقًا لأبحاث حديثة.

{{MEDIA}}

جمع الباحثون اللب خلال الحملة الرابعة من مشروع Beyond EPICA — Oldest Ice، الممول من المفوضية الأوروبية. جرت الحملة خلال الصيف الأخير في القطب الجنوبي بين منتصف نوفمبر ومنتصف يناير. وبشكل عام، أمضى خبراء من 12 مؤسسة علمية أوروبية أكثر من 200 يوم في حفر الجليد ومعالجته خلال فصول الصيف الأربعة الماضية.

ويعتمد البرنامج على أهداف مشروع EPICA الأولي الذي استمر من عام 1996 إلى عام 2008. وخلال تلك الفترة، قام الباحثون بحفر نواة جليدية عميقة كشفت عن الروابط بين المناخ وغازات الدفيئة في الغلاف الجوي على مدى الـ 800,000 سنة الماضية. ويمثل اللب الذي تم جمعه خلال الحملة الأخيرة علامة فارقة جديدة، حيث تم إنشاء سجل مستمر لمناخ الأرض يعود تاريخه إلى أبعد من ذلك.

أظهرت الدراسات التي أُجريت على نواة EPICA الأصلية أن مناخ الأرض شهد دورة مدتها 100,000 عام من الفترات الجليدية الباردة، أو العصور الجليدية، التي تخللتها فترات أكثر دفئًا. لكن هذا الاكتشاف لم يتطابق مع الرواسب البحرية التي كشفت أن الأرض شهدت فترات جليدية استمرت 41,000 سنة قبل مليون سنة مضت.

بدأ مشروع Beyond EPICA في عام 2016 بهدف العثور على جليد أقدم يمكن أن يشير إلى سبب حدوث هذا التحول، وبدأ البحث عن الموقع الصحيح باستخدام المسح الراداري.

وقال فرانك ويلهيلمز، الباحث الرئيسي في هذا المجال والأستاذ المشترك في جامعة غوتنغن ومعهد ألفريد فيجنر في ألمانيا، إن تقنيات صدى الراديو ساعدت أعضاء الفريق على تحديد الجليد الذي قد يحتوي على الكبسولة الزمنية التي كانوا يبحثون عنها.

قال الدكتور روبرت مولفاني، عالم الجليد والمناخ القديم في هيئة الاستبيان البريطاني للقطب الجنوبي: "كنا بحاجة إلى موقع جولديلوكس - جليد سميك بما يكفي للحصول على سجل مناخي جيد التحليل على أكبر عمق، ولكن ليس سميكًا جدًا بحيث يكون الجليد الأقدم قد ذاب بالفعل".

{{MEDIA}}

"يمكن أن يحدث هذا عندما تُحتجز الحرارة المنبعثة من وشاح الأرض بواسطة غطاء سميك عازل من الجليد. إذا كان الجليد سميكًا جدًا، يمكن أن نفقد الطبقات السفلى والأقدم من الجليد بسبب الذوبان". "لهذا السبب بذلنا الكثير من الجهد في استبيان المناطق المرشحة للعثور على الموقع المناسب قبل بدء الحفر."

اختبار النظريات حول إعادة تجمد الجليد

تقع القبة الصغيرة C في مكان مرتفع على هضبة أنتاركتيكا الوسطى، حيث يصل ارتفاعها إلى 10,498 قدمًا (3,200 متر) فوق مستوى سطح البحر، مما يشكل تحديات عديدة. كان على الفريق العمل على منع حدوث أعطال في الحفر والتأكد من تقدم الحفار الكهروميكانيكي في طبقات الجليد. قال جوليان ويستهوف، كبير العلماء في هذا المجال وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كوبنهاغن في الدنمارك، إن كل متر من الجليد يمكن أن يحتوي على ما يصل إلى 13,000 سنة من البيانات المناخية.

عندما استخرج أعضاء الفريق اللب وجدوا ما كانوا يبحثون عنه. وقال الفريق إن الجزء السفلي من اللب الذي يبلغ طوله 688 قدمًا (210 أمتار) فوق الصخر يتكون من جليد قديم مشوه بشدة، ومن المحتمل أن يكون قد اختلط وأعيد تجميده ومجهول المصدر.

{{MEDIA}}

يمكن أن يساعد تحليل الجليد في اختبار النظريات حول كيفية إعادة تجمده تحت الغطاء الجليدي. سيحدد الباحثون أيضًا ما إذا كان الجليد الأقدم، مثل ذلك الذي يعود إلى ما قبل العصر الرباعي قبل 2.58 مليون سنة، وسيوفر تأريخًا للصخور الموجودة تحت الجليد لتحديد متى كانت هذه المنطقة من القطب الجنوبي خالية من الجليد لآخر مرة.

وقال مولفاني من هيئة الاستبيان البريطاني لأنتاركتيكا في بيان: "كان من المثير رؤية العصر الجليدي ونحن نحفر أعمق، وخاصةً عندما علمنا أننا نحفر جليدًا أقدم من سجل EPICA، الذي انتهى قبل 800,000 سنة". "سيعطينا هذا السجل الذي يبلغ 1.2 مليون سنة عدة دورات جليدية تعود إلى 41,000 سنة لمقارنتها بالبيانات الأحدث من قلب EPICA الأصلي."

قال باربانتي إن الانتقال في منتصف العصر البليستوسيني، الذي حدث بين 1.2 مليون و 900,000 سنة مضت، يمثل التحول الأساسي في الدورات الجليدية للأرض.

وقال: "لا يزال هذا التحول لغزًا علميًا، لا سيما فيما يتعلق بدور غازات الدفيئة وديناميكيات الغطاء الجليدي". وأضاف: "يوفر اللب الجليدي Beyond EPICA فرصة غير مسبوقة لقياس الظروف الجوية مباشرةً خلال هذه الفترة المحورية، مما قد يكشف عن إجابات حول سبب حدوث هذا التحول وكيف شكّل النظام المناخي لكوكبنا."

خلال فترة الانتقال في منتصف العصر البليستوسيني، أصبحت العصور الجليدية أطول وأكثر حدة، مما أدى إلى انخفاض في درجات الحرارة والظروف المناخية الجافة. كما انخفض عدد سكان العالم إلى حوالي 1,280 فردًا متكاثرًا بين 930,000 و 813,000 سنة مضت ثم ظل بهذا العدد القليل لمدة 117,000 سنة تقريبًا، وفقًا لدراسة نُشرت في عام 2023 في مجلة العلوم. يجادل مؤلفو الدراسة بأن هذا الحدث "جعل أسلاف الإنسان على وشك الانقراض"، لكن آخرين أكثر تشككًا.

وبغض النظر عن ذلك، يمكن أن يحتوي اللب الجليدي على دليل على سبب حدوث التحول في طول فترات العصر الجليدي.

{{MEDIA}}

مستقبل الأبحاث حول المناخ من خلال النوى الجليدية

تحتوي النوى الجليدية على طبقات من تساقط الثلوج التي انضغطت بمرور الوقت، مما أدى إلى احتجاز فقاعات الهواء والجسيمات التي يمكن تحليلها للكشف عن كيفية تغير درجة حرارة الأرض والغلاف الجوي.

يمكن أن تساعد العلماء على فهم كيفية تصرف مناخ الأرض في الماضي للتنبؤ بشكل أفضل بكيفية تغير الأمور في المستقبل - وتوفير سياق حول كيفية استجابة كوكبنا لتركيزات غازات الدفيئة المختلفة.

قال جيم وايت، عميد عائلة كرافر في كلية الآداب والعلوم في جامعة نورث كارولينا في تشابل هيل في رسالة بالبريد الإلكتروني: "إن نوى الجليد في القطب الجنوبي مثل أحجار روزيتا". "إنها فريدة من نوعها من حيث أنها تتحدث لغة درجة الحرارة وكذلك لغة مستويات (ثاني أكسيد الكربون)، مما يسمح لنا برؤية كيفية تفاعل هذين المتغيرين المناخيين الرئيسيين."

لم يشارك وايت في استرجاع اللب الجليدي. لكنه قال إن الجليد لديه القدرة على توفير قدر كبير من المعلومات "حول الديناميكيات الأساسية لتغير المناخ على كوكبنا، ولا يمكن المبالغة في أهمية ذلك."

في الوقت الذي تم فيه إجراء التحليل الأولي في الموقع، سيتم نقل شرائح الجليد الجوفية إلى أوروبا على متن سفينة كاسحة الجليد لورا باسي في حاويات تبريد متخصصة للحفاظ على درجة الحرارة المثالية. ويتوقع باربانتي أن يستغرق البحث عدة سنوات حيث يتعمق العلماء في قياس تركيزات جزيئات الغاز والغبار داخل الجليد.

وفي الوقت نفسه، سيبحث مشروع Beyond EPICA، بالإضافة إلى جمعيات دولية أخرى، عن الجليد الأقدم الذي يمكن أن يكشف عن سجلات مناخية أطول. وقال باربانتي إن مثل هذه الجهود ستتطلب المزيد من التكنولوجيا المتقدمة والتخطيط.

وقال: "علينا أن نجد أماكن أخرى في القارة القطبية الجنوبية حيث يمكننا استرجاع (سجلات) مناخية مستمرة مماثلة للسجل الذي ندرسه".