سنگ باستانی ژاپن پرده از راز فاجعه بزرگ اقیانوسی برمی‌دارد

تحقیق درباره رویداد آنوکسی اقیانوس 1a در دوره کرتاسه

با مطالعه سنگ‌های پیشاتاریخی و فسیل‌هایی که از دامنه کوه آشیبستو در ژاپن بیرون آمده‌اند، پژوهشگران زمان و مدت دقیق رویداد آنوکسی اقیانوس 1a (OAE 1a) را که یک اختلال زیست‌محیطی شدید بود و اکسیژن را از اقیانوس‌های زمین خارج کرد، مشخص کردند. این رویداد باعث انقراض‌های قابل توجهی، به ویژه در میان پلانکتون‌ها شد. پژوهشگران مدت‌هاست که مشکوک بودند که فوران‌های آتشفشانی عظیم زیر دریا باعث افزایش دی‌اکسید کربن (CO2)، گرمایش جهانی و کاهش اکسیژن (که به آن آنوکسی گفته می‌شود) در اقیانوس در دوره مزوزوئیک شده است. اکنون، یک تیم بین‌المللی از پژوهشگران، از جمله دانشمندان زمین‌شناسی دانشگاه نورث‌وسترن، زمان دقیق فوران آتشفشانی و OAE 1a را که 119.5 میلیون سال پیش آغاز شد، تعیین کرده‌اند. این تحقیق به حجم رو به رشدی از شواهد اضافه می‌کند که نشان می‌دهد انتشار CO2 ناشی از آتشفشان‌ها به طور مستقیم باعث وقوع این رویداد آنوکسی شده است. همچنین این مطالعه نشان داد که OAE 1a به مدت کمی بیش از 1.1 میلیون سال ادامه داشته است. این اطلاعات جدید به دانشمندان کمک می‌کند تا بهتر درک کنند که سیستم آب و هوایی و اقیانوسی زمین چگونه عمل می‌کند و به تنش‌ها پاسخ می‌دهد، به ویژه در ارتباط با گرمایش کنونی.

این مطالعه در اواخر ماه گذشته در نشریه Science Advances منتشر شد و به عنوان دقیق‌ترین و با جزئیات‌ترین تاریخ‌گذاری یک رویداد آنوکسی اقیانوس شناخته می‌شود. “رویدادهای آنوکسی اقیانوس به عنوان بخشی از پیامدهای گرمایش آب و هوایی در یک دنیای گلخانه‌ای رخ می‌دهند”، گفت برد ساگمن، یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه از دانشگاه نورث‌وسترن. “اگر می‌خواهیم پیش‌بینی‌های دقیقی درباره آنچه در دهه‌های آینده با گرمایش ناشی از انسان خواهیم دید، داشته باشیم، این اطلاعات بی‌نظیر است. بهترین راه برای درک آینده، نگاهی به داده‌های گذشته است.”

پیوندی از دانشگاه نورث‌وسترن

دوره کرتاسه دو رویداد بزرگ و چندین رویداد کوچک‌تر آنوکسی اقیانوس را تجربه کرد که OAE 1a یکی از دو بزرگ‌ترین آن‌ها بود. علت محتمل: فوران‌های آتشفشانی که به سرعت مقادیر عظیمی از CO2 را به اقیانوس و جو وارد کردند. این آتشفشان‌ها معمولی نیستند، بلکه استان‌های آتشفشانی بزرگی هستند که در طول چند میلیون سال تا یک میلیون کیلومتر مکعب بازالت را فوران می‌کنند. هنگامی که CO2 با آب دریا واکنش می‌دهد، یک اسید کربنیک ضعیف تشکیل می‌دهد که به طور واقعی پوسته موجودات دریایی را حل می‌کند. این اسید، همراه با سطوح پایین اکسیژن، عواقب قابل توجهی برای زندگی دریایی دارد.

پژوهشگران برای اولین بار در اواسط دهه 1970 به بررسی رویدادهای آنوکسی اقیانوس پرداختند، پس از کشفی که توسط زمین‌شناس دانشگاه نورث‌وسترن، سایمور شلنگر و استاد دانشگاه آکسفورد، هیو جنکینز انجام شد. هنگامی که آن‌ها نمونه‌های رسوبی از بستر اقیانوس آرام را بررسی کردند، شیل‌های سیاه و غنی از کربن آلی را کشف کردند که با نمونه‌های مشابه از اقیانوس اطلس و سازندهای سنگی در ایتالیا همخوانی داشت. فقدان گسترده اکسیژن، محتمل‌ترین توضیح برای این رسوبات بود. آنوکسی مانع تجزیه مواد آلی از گیاهان و حیوانات مرده می‌شود و منجر به الگوی جهانی غنی‌سازی آلی می‌گردد. به جای تجزیه، پلانکتون‌ها و دیگر فسیل‌ها که در حال نشستن بودند، جمع شدند و لایه‌های غنی از کربن آلی را در سراسر جهان تشکیل دادند.

چگونه شیل‌های سیاه در اعماق اقیانوس‌ها و بر روی زمین به طور همزمان شکل می‌گرفتند؟

ساجمن پرسید: “چگونه شیل‌های سیاه در اعماق اقیانوس‌ها و بر روی زمین به طور همزمان شکل می‌گرفتند؟” او ادامه داد: “شلانگر و جنکینز متوجه شدند که باید یک رویداد جهانی عظیم وجود داشته باشد که باعث کاهش اکسیژن از سطح اقیانوس تا کف دریا شده باشد.”

تاریخ در سنگ‌ها محبوس شده است

در مطالعه جدید، محققان به جای بررسی اعماق اقیانوس‌ها، به لایه‌های باستانی در لبه شمال غربی کوه‌های جزیره هوکایدو در ژاپن نگاه کردند. این سنگ‌ها یا توف‌ها از خاکستر آتشفشانی تشکیل شده‌اند که در طول زمان نشسته و سخت شده‌اند. فعالیت‌های تکتونیکی این لایه‌ها را در حین شکل‌گیری جزایر ژاپن بالاتر از سطح دریا قرار داد و آن‌ها را در جایی قابل دسترس و نمایان گذاشت، جایی که جویبارها از میان جنگل‌های معتدل هوکایدو عبور می‌کنند.

با جمع‌آوری و تحلیل توف‌ها، ساجمن، دانشجوی دکتری‌اش، لوکا پودرکا، و همکارانشان نگاهی به تاریخ زمین‌شناسی انداختند. ساجمن گفت: “ماگما از یک آتشفشان به صورت مایع خارج می‌شود و سپس شروع به خنک شدن می‌کند. در این فرآیند، بلورهایی شروع به شکل‌گیری می‌کنند. زمانی که توف سخت می‌شود، بلورها به یک سیستم بسته کوچک تبدیل می‌شوند. آن‌ها اتم‌ها را قفل می‌کنند و برخی از این اتم‌ها، مانند اورانیوم، شروع به تجزیه می‌کنند، به این معنی که از یک ایزوتوپ به ایزوتوپ دیگر تبدیل می‌شوند. این یک ابزار برای تاریخ‌گذاری فوران و بنابراین تاریخ‌گذاری یک لایه خاص در میان یک توده سنگ‌های رسوبی فراهم می‌کند.”

تخصص اعضای تیم از دانشگاه توهوکو در ژاپن، دانشگاه درهم در بریتانیا و دانشگاه نورث‌وسترن بر روی شناسایی و همبستگی جهانی لایه‌ها متمرکز است، در حالی که همکاران ما در دانشگاه ویسکانسین-مدیسون و دانشگاه ایالت بویز در تحلیل‌های ژئوخنوشناسی تخصص دارند.

استفاده از ایزوتوپ‌های مختلف

محققان همچنین از انواع دیگر ایزوتوپ‌ها، مانند کربن استفاده کردند که تغییرات همزمان در چرخه کربن را ردیابی می‌کند و از ایزوتوپ اوسمیوم که فعالیت‌های آتشفشانی و تغییرات شیمیایی اقیانوس را بررسی می‌کند. ساجمن گفت: “این سیستم‌های ایزوتوپی ابزارهایی برای همبستگی دوره OAE1a بین سایت‌های هوکایدو، جنوب فرانسه و دیگر نقاط در سراسر جهان فراهم می‌کنند. آن‌ها به ما نشانه‌هایی برای لحظات در زمان زمین‌شناسی می‌دهند.”

شناسایی زمان دقیق

بر اساس این شواهد، یک تغییر ناگهانی در نسبت‌های ایزوتوپ کربن که ابتدا به دلیل افزایش ناگهانی CO2 آتشفشانی به چرخه کربن و سپس به دلیل دفن اضافی مواد آلی رخ داد، در اوایل دوره کرتاسه در آغاز OAE 1a اتفاق افتاد. تغییر همزمان در نسبت‌های ایزوتوپی اوسمیوم نشان‌دهنده ورودی عظیم مواد آتشفشانی به آب‌های اقیانوس است. زمان این رویدادها با فوران مجموعه آتشفشانی آنتونگ جاوا نویی، یک استان آتش‌فشانی بزرگ به اندازه آلاسکا در اقیانوس آرام جنوب غربی، مطابقت دارد.

اکنون که محققان می‌دانند اقیانوس‌ها ۱.۱ میلیون سال طول کشیده تا از افزایش شدید CO2 بهبود یابند، بینش بیشتری درباره مدت زمان تأثیرات رویدادهای گرمایش ناشی از CO2 و اثرات مرتبط، مانند آنوکسی اقیانوس، دارند. ساجمن گفت: “ما در حال حاضر در خلیج مکزیک مناطقی با سطوح پایین اکسیژن مشاهده می‌کنیم. تفاوت اصلی این است که رویدادهای گذشته در طول ده‌ها هزار تا میلیون‌ها سال رخ داده‌اند. ما در حال ایجاد سطوح گرمایش تقریباً مشابه (یا بیشتر) هستیم، اما این کار را در کمتر از ۲۰۰ سال انجام می‌دهیم.”