كيف غيرت الأنهار الجليدية تاريخ الحياة على الأرض

دور الأنهار الجليدية في تشكيل الحياة المعقدة

قبل أكثر من نصف مليار سنة على الأرض المتجمدة المغطاة بالجليد، أثارت الأنهار الجليدية مكونات الحياة المعقدة عن طريق جرف المعادن الأرضية ثم ترسيبها في المحيط، وفقًا لدراسة جديدة.

كيف أثرت الأنهار الجليدية على كيمياء المحيطات

فبينما كانت الأنهار الجليدية الضخمة تزحف رويداً رويداً فوق اليابسة المتجمدة باتجاه البحر المغطى بالجليد، كانت تجرف الأرض من تحتها وتقلع الصخور من القشرة الأرضية. وعندما ذابت الأنهار الجليدية في نهاية المطاف، أطلقت سيلاً من المواد الكيميائية الأرضية في المحيط، حسبما أفاد الباحثون مؤخراً. وقد غيّرت المعادن التي جرفتها هذه "المكنسة الجليدية" على اليابسة الكيمياء البحرية وغرست المحيطات بالمواد المغذية التي يقولون إنها ربما تكون قد شكلت كيفية تطور الحياة المعقدة.

العصر النيوبروتيروزويك وتأثيره على الحياة

استمرت هذه الفترة القديمة من التجمد العميق، والمعروفة باسم العصر النيوبروتيروزويك، أو "كرة الثلج الأرضية"، من حوالي مليار إلى 543 مليون سنة مضت. خلال تلك الفترة، اندمجت الكتل الأرضية في قارة عملاقة تسمى رودينيا ثم تفككت مرة أخرى. سكنت أولى أشكال الحياة على الأرض، مثل الميكروبات والبكتيريا الزرقاء والإسفنج والكائنات الحية التي تعيش في قاع البحر، والمحيطات. وبعد نهاية العصر الحجري الحديث جاء ظهور حياة أكثر تعقيدًا، مع أول ظهور للكائنات البحرية التي كانت ترتدي الدروع والأصداف والمسامير.

زيادة مستويات الأكسجين وتأثيرها على الحياة

وقد عزا العلماء هذه الطفرة التطورية إلى زيادة مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض وفي مياه المحيطات الضحلة. والآن، يشير بحث نُشر يوم الثلاثاء في مجلة الجيولوجيا إلى أن تدفق الأنهار الجليدية القديمة ربما يكون قد شكل بشكل مباشر التغيرات الكيميائية في المحيط التي كانت حاسمة لتطور الكائنات الحية المعقدة.

أهمية دراسة كرة الثلج الأرضية

قال الدكتور كريس كيركلاند، المؤلف الرئيسي للدراسة، إن دراسة كرة الثلج الأرضية توفر نافذة على ماضي كوكبنا، ولكنها تقدم أيضًا رؤى قيمة حول تغير المناخ الحديث.

وقال: "يشير سجلنا الجيولوجي العميق الزمني إلى كيفية تأثير تغير جزء من الأرض على جزء آخر". في الوقت الراهن، يحدث الاحترار الدراماتيكي للكوكب الذي يمثل أزمة المناخ التي يغذيها الإنسان بسرعة فائقة مقارنة بهذه العمليات القديمة التي استغرقت ملايين السنين.

من كرة ثلج الأرض إلى كوكب الدفيئة

"هذه الوتيرة السريعة تحد من قدرة الأرض على تنظيم نفسها بشكل طبيعي، مما يؤكد الحاجة الملحة لمعالجة التغير المناخي البشري المنشأ."

من المعروف أن حركة الأنهار الجليدية، أو التجلد، تعمل على رفع الرواسب الأرضية إلى المحيطات والبحيرات والأنهار، وتشكل أساس الشبكات الغذائية المائية. ومع ذلك، كان الباحثون الذين يدرسون الأرض القديمة غير متأكدين في السابق مما إذا كانت الأنهار الجليدية في العصر الجليدي الحديث تتحرك على الإطلاق، ناهيك عن أن تكون كافية لتآكل الأرض تحتها ونقل المعادن إلى البحر.

قال كيركلاند، وهو أستاذ في كلية علوم الأرض والكواكب في جامعة كيرتن في بيرث بأستراليا: "كان من المفترض أن التآكل الجليدي الواسع النطاق للمناطق الداخلية القارية يمكن أن يكون ناتجًا عن جليد كرة الثلج الأرضية". "ومع ذلك، فإن جوانب هذه الفكرة لم تكن واضحة لأن هذا الجليد ربما لم يتحرك أو تحرك بشكل طفيف فقط أو حتى تدفق."

Loading image...

عثر كيركلاند وزملاؤه على إجابات في اسكتلندا وأيرلندا الشمالية، حيث درسوا الرواسب من التكوينات الصخرية التي يعود تاريخها إلى العصر الحجري الحديث. ونظر الفريق في الزركون - وهي معادن متبلورة متينة بشكل استثنائي ويمكنها الصمود في وجه الأحداث الجيولوجية القاسية. ويحتوي الزركون أيضًا على اليورانيوم؛ ومن خلال قياس مراحل اضمحلال اليورانيوم في الزركون، يستخدم الجيولوجيون المعادن كمقاييس زمنية لدراسة ماضي الأرض.

وقد فحص الباحثون رواسب تعود إلى الوقت الذي كانت فيه الأرض مغطاة بالجليد، ومن فترة "الأرض الدفيئة" بعد ملايين السنين عندما اختفى الجليد، ووجدوا أن التركيب المعدني لرواسب الأرض الثلجية يختلف اختلافًا كبيرًا عن الرواسب اللاحقة.

وقال كيركلاند في رسالة بالبريد الإلكتروني: "لقد اكتشفنا أنماطاً مميزة في تجمعات هذه الحبيبات المعدنية". "في جوهرها تغيرت بصمة "الحمض النووي" لهذه الصخور الرسوبية."

وقال الدكتور غراهام شيلدز، أستاذ الجيولوجيا في كلية لندن الجامعية، إن النتائج يبدو أنها تعزز فكرة التجلد النشط "إلى حد ما". لم يشارك شيلدز في البحث الجديد. ومع ذلك، فإن الدراسة لم تتضمن بيانات من فترة جليدية كبيرة تسمى مارينوان، والتي كانت بمثابة نهاية كرة الثلج الأرضية، كما قال في رسالة بالبريد الإلكتروني. كان شيلدز حذرًا أيضًا بشأن الربط المباشر بين التآكل الجليدي وتطور الحياة المعقدة.

ذوبان الأنهار الجليدية وتأثيره على المحيطات

وقال شيلدز: "لقد تم اقتراح هذا الربط من قبل ولكنه مثير للجدل لأن الربط مفترض وليس مفسرًا". "إن التغير الدراماتيكي للمناظر الطبيعية الذي تسبب في ظهور حيوانات كبيرة الحجم فكرة رائعة، لكن الورقة البحثية تقدم فرضية حول التعرية الجليدية التي يمكن اختبارها، بدلاً من حسم النقاش".

احتوت الصخور من زمن كرة الثلج الأرضية على معادن أقدم، ولكنها تضمنت أيضًا مجموعة من الأعمار المعدنية، مما يشير إلى أن الصخور تعرضت للتعرية والتآكل بمرور الوقت بسبب حركة الكشط للأنهار الجليدية. وأخبر هذا الدليل العلماء أن الأنهار الجليدية في العصر الجليدي الحديث كانت متحركة. أما الصخور الأصغر سناً، التي تعود إلى فترة ذوبان الأرض الثلجية، فقد كان نطاق أعمار المعادن فيها أضيق من الأعمار المعدنية، وكانت الحبيبات الأكثر هشاشة غائبة، مما يشير إلى أن المياه المتدفقة قد أذابت المواد التي كانت مطحونة في السابق.

وفي تضاؤل العصر الحجري الحديث كان أحد التغيرات المعروفة في كيمياء المحيطات هو ارتفاع اليورانيوم. وكانت أبحاث أخرى قد فسرت هذه الزيادة في السابق على أنها ناتجة عن ارتفاع الأكسجين في الغلاف الجوي، "ومع ذلك، تشير بياناتنا إلى أن إيصال العناصر الكيميائية إلى المحيطات لعب دوراً في ذلك أيضاً"، كما قال كيركلاند.

وأضاف: "يُلاحظ أن العنصر "المفقود" المذاب في هذه الصخور "يظهر" من جديد في التغيرات في كيمياء المحيطات في هذا الوقت". ومن خلال رسم خرائط لهذه التغيرات في البيئات الأرضية والبحرية، "نحن نقوم بتصوير انتقال العناصر الكيميائية عبر الأرض كنظام."

وأفاد العلماء أن أحداث التجلد الكبرى حدثت مرتين على الأقل بين 720 مليون و 635 مليون سنة مضت. وبحلول نهاية العصر الجليدي الحديث، عندما بدأ الغطاء الجليدي للأرض في الذوبان، حدثت تحولات كيميائية كبيرة في الغلاف الجوي للأرض والمحيطات.

قال كيركلاند: "تميزت نهاية هذه الفترات الجليدية بزيادات سريعة في الأكسجين في الغلاف الجوي والمحيطات، ربما بسبب تعزيز التجوية للأسطح الصخرية المكشوفة وزيادة تدفقات المغذيات إلى المحيط". ويمكن أن تكون هذه التغييرات قد غمرت دورات المغذيات وزودت الحياة الناشئة بالدفعة التي تحتاجها للتطور إلى أشكال أكثر تعقيداً.

وقال الدكتور أندرو نول، الأستاذ الفخري لعلوم الأرض والكواكب في جامعة هارفارد، الذي لم يشارك في البحث الجديد: "إن فكرة أن الحطام الجليدي من العصور الجليدية قد وفرت المغذيات لدعم التطور الحيواني المبكر كانت موجودة منذ فترة من الوقت". ومع ذلك، لا تزال هناك تساؤلات حول ما إذا كانت المعادن التي تدفقت في المحيط من خلال التجلد الجليدي في العصر الجليدي الحديث كانت كافية لتحفيز التغيرات البيئية طويلة الأمد مع عواقب بيولوجية، حسبما قال نول في رسالة بالبريد الإلكتروني.

وأشارت أبحاث أخرى في السابق إلى أن تأثيرات أحداث التجلد، مثل تلك الموصوفة في الدراسة الجديدة، "قد يكون لها عواقب عابرة فقط - أي جرعة من المغذيات التي تزيد من الإنتاج الأولي وربما تزيد من مستويات الأكسجين، قبل أن تعود إلى الحالة السابقة للبيئة"، كما قال نول. وأضاف أن النتائج الجديدة "إضافة مثيرة للاهتمام إلى المحادثة". "لكن المحادثة مستمرة."

الدروس المستفادة من أزمة المناخ اليوم

من العصر الحجري الحديث إلى الوقت الحاضر، تشكل عمليات مماثلة تغير المناخ، بما في ذلك الدور الذي يلعبه ثاني أكسيد الكربون (CO2) وسلوك حلقات التغذية المرتدة، عندما تغذي عملية ما جانبًا موجودًا من النظام المناخي للأرض وتزيد من حدته. كما تسلط الأدلة المناخية القديمة الضوء على ما يحدث خلال نقاط التحول المناخية - عندما يتم تجاوز عتبة ما، مما يؤدي إلى تغييرات واسعة النطاق لا رجعة فيها في كثير من الأحيان.

اليوم، ترتفع حرارة الأرض بسرعة بدلاً من أن تبرد تدريجياً مع مرور الوقت. لقد استغرق الأمر ملايين السنين حتى تجاوز الجليد الكوكب خلال مرحلة كرة الثلج على الأرض، في حين أن الاحترار الحديث يتسارع على مدى عقود فقط، "أسرع بكثير من التحولات المناخية الطبيعية السابقة"، كما قال كيركلاند.

وأضاف أنه على الرغم من ذلك، لا يزال يتم رسم خرائط التقدم العالمي لتغير المناخ من خلال دراسة التفاعل بين تراكم ثاني أكسيد الكربون وحلقات التغذية المرتدة ونقاط التحول.

وقال: "يمكننا أن نرى كيف تترابط أجزاء مختلفة من الكوكب عبر الروابط الكيميائية". "بتغيير جزء واحد من النظام، تتغير الأجزاء الأخرى أيضًا."