هنگامه آتش و یخ

احسان سنایی

نیم میلیارد سال پیش؛ زمین را شولای سرمای سختی فراگرفت و بدین واسطه بالغ بر دو سوم موجودات زنده به کام نابودی کشانده شدند؛ اما چه کسی باور می‌کند که آتشفشان‌ها بازیگران اصلی این نمایش مرگ‌بار بوده باشند؟

«متیو سالتزمن»، استادیار علوم زمین در دانشگاه ایالتی اوهایو معتقد است این کشف، اهمیت نقش کربن در شکل‌گیری ساز و کار کنونی آب و هوای زمین را نشان می‌دهد. پیش از این نیز او و گروهش موفق به درک ارتباط مابین عصر یخ‌بندان و رشد رشته کوه‌های آپالاش در شرق ایالات متحده شده بودند.

با هوازدگی سطوح سنگ‌های بی‌حفاظ، زنجیره‌ای از واکنش‌های شیمیایی، موجب تخلیه کربن از جو زمین شد و بدین‌ترتیب سیاره ما به زمهریری ناخوشایند بدل گردید که به دنبال آن دو سوم موجودات زنده از میان رفتند.

نظریه جدید اما روایت‌گر بخش دیگری از این داستان کهن است؛ زمانی‌که فعالیت دودکش‌های بی‌آرام زمین، به رشد کوهستان آپالاش و نهایتاً ظهور عصر یخ‌بندان دامن می‌زد. سالتزمن می‌گوید:

«مدل ما نشان می‌دهد که آتشفشان‌های حوزه آتلانتیک، کربن را به جو زمین تزریق می‌کردند؛ در حالی‌که در همان زمان (رشته کوه) آپالانیش آن را جذب خود می‌کرده است. بدین ترتیب برای حدود ۱۰ میلیون سال، آب و هوای زمین با بن‌بست روبرو بود. سپس فوران‌ها ناگهان متوقف شد و میزان کربن موجود در جو حتی از دوران ماقبل فعالیت‌های آتشفشانی نیز کمتر شد. نتیجه آن‌که عصر یخ‌بندان آغاز شد.»

این نخستین مدرکی است که نشان می‌دهد کاهش غلظت گازهای آتشفشانی، موجبات ظهور یخ‌بندان و انقراض نسل دوران اردویسن (Ordovician) را فراهم آورده است.

رشته کوه‌های آپالاش، بازمانده دوران اردویسن

داستان از این قرار بود:

۴۶۰ میلیون سال پیش، زنجیره آتشفشان‌های منطقه ای که امروزه آن را حاشیه اقیانوس اطلس می‌نامیم، مقادیر هنگفتی گاز دی اکسید کربن به جو زمین آزاد کرده و با تقویت اثر گلخانه‌ای، زمین را به حمام گرمی بدل ساختند.

از طرفی گدازه‌ها نیز راه خود را به سمت جایی که امروزه آن را آمریکای شمالی می‌نامیم، باز کرده و رشته‌های آپالاش را شکل دادند؛ رشته کوهی که اندکی بعد، زیر بمبارانی از قطرات باران اسیدی قرار گرفت و بستری شد برای آغاز زنجیره واکنش‌های شیمیایی کربن فرسا.

کربن از جو زمین تخلیه می‌شد و در رسوبات حاصل از فرسایش پوشش سنگی کوه‌ها به دام می‌افتاد؛ رسوباتی که بعدها تپه‌های دریایی عظیمی را در آمریکای شمالی بوجود آوردند.

۱۰ میلیون سال این روند ادامه یافت و فرصت خوبی برای تحول و تکوین گونه‌های زیستی ساکن در آب‌های گرم (به خصوص بندپایان و بازوپایان)، فراهم شد.

۴۵۰ میلیون سال پیش اما فوران‌ها متوقف شد و این در حالی بود که کارخانه آپالاش از کار نمی‌ایستاد و همچنان کربن می‌خورد؛ کربنی که اگر در جو می‌ماند، شاید هیچ‌گاه زمینِ آن زمان از حمام به یخچال بدل نمی‌شد!

پنج میلیون سال گذشت و یخچال‌ها نواحی جنوبی ابرقاره گنداوانا را پوشاندند (ابرقاره اولیه‌ای که بعدها به چندین قسمت جدا شد و قاره‌های امروزی زمین را تشکیل داد). دو سوم از موجودات زنده از میان رفتند.

زمانی‌که سالتزمن و تیمش دست به شروع تحقیقات خود زدند، می‌دانستند که آب و هوای زمین در اواخر دوران اردویسن تغییرات بارزی را تجربه کرده، اما در خصوص منشأ آتشفشانی چنین تغییراتی اطمینان نداشتند.

«ست یانگ»، محقق فوق دکترای علوم زمین در دانشگاه ایندیانا می‌گوید: «زمانی‌که پژوهش را آغاز کردیم، لزوماً چنین انتظاری نمی‌رفت؛ اما با ترکیب داده‌های‌مان، داستانی این‌چنین شکل گرفت.»

این گروه با بهره‌گیری از مدل سازی‌های کامپیوتری و اطلاعاتی در خصوص ایزوتوپ برخی از عناصر شیمیایی (همانند استرانسیوم از سنگ‌های ایالت نوادا و نئودیمیم از سنگ‌های ایالت‌های ویرجینیا و پنسلوانیا)، خاکسترهای آتشفشانی موجود در بستر سنگی همان مناطق و نهایتاً مدل‌های دمایی به دست آمده از دیگر پژوهش‌ها، موفق به انجام چنین کشفی شدند.

مطالعه بر استرانسیم موجود در بستر خاکستر آتشفشان‌های دوران اردویسن نشان می‌داد که با توقف روند فوران‌ها، مقادیر هنگفتی از سنگ‌های آتشفشانی فرسایش یافته، و رسوبات حاصل از این رویداد نیز به درون اقیانوس‌ها راه یافته‌اند. از طرفی مطالعه بر ایزوتوپ‌های عنصر نئودیمیم نیز منشأ رسوبات را به کوهستان آپالاش مربوط می‌ساخت.

فسیل سه سوسن دریایی؛ قربانیان انقراض نسل اردویسن

یافته‌های اخیر، در تطابق با اطلاعات پیشین دانشمندان از این آتشفشان‌های کهن بود؛ آتشفشان‌هایی که بزرگ‌ترین فوران‌های تاریخ زمین را به نام خود ثبت کردند.

آن‌قدر گدازه آزاد شد که از آن رشته کوه آپالاش پدید آمد؛ آن‌قدر خاکستر به هوا برخاست که تا دورافتاده‌ترین نقاط زمین نیز خاکستری شد و آن‌قدر کربن به جو تزریق شد که زمین شروع به گرم شدن کرد. میزان کربن اتمسفری امروز در مقایسه با آن روزها، ۲۰ برابر کمتر است. سالتزمن می‌گوید:

«درست در همان زمانی که آپالاش فرسایش می‌یافت، لایه‌گذاری خاکستر (آزاد شده) نیز آغاز شد؛ اما فعالیت‌های آتشفشانی بازایستاد و دمای زمین کاهش یافت. با اطلاع از این جزییات می‌توان به چگونگی تغییرات کربن جو امروز زمین پی برد.»

قدم بعدی مطالعه دقیق بر روی خاکسترهای آزاد شده در این دوران است. مادامی که خاکستر در جو زمین معلق بود، در ستیزه با نور آفتاب، زمین را اندکی سرد کرد. سالتزمن و تیمش درصدند با برآورد میزان کاهش دما در این فاز کوتاه‌مدت، آن را از مدل‌های کامپیوتری خود حذف کنند تا بتوان به تأثیر مطلق چرخه کربنی بر آب و هوای زمین پی برد.

از طرفی یانگ نیز در حال آنالیز دوباره نمونه‌های سنگی است تا ردپای ایزوتوپ گوگرد را بیابد؛ عنصری که گویای میزان اکسیژن موجود در اقیانوس‌های آن دوران است و با استفاده از آن می‌توان تأثیرپذیری موجودات زنده از اکسیژن زمین در آن دوران را مشخص کرد.