عندما كانت الأرض كرة ثلجية

فولفغانغ بومرن*
ترجمة:حازم كويي

تسببت آليات التعزيز الذاتي في تحول الأرض إلى كوكب جليدي منذ مئات الملايين من السنين.
بالمعايير البشرية، كوكبنا الصغير قديم بشكل لا يصدق. لقد كانت الأرض بالفعل ومنذ 4.5 مليار سنة رائعة. ومع ذلك، فإن الظروف الملائمة للحياة لم تظهر إلا بعد ذلك بكثير. وبشكل عام، فإن الظروف المناخية المعتدلة نسبياً التي انتشر فيها الإنسان الحديث على مدى 200 ألف إلى 300 ألف سنة الماضية هي ظاهرة جديدة نسبياً. وبالطبع، ليس هذا سبباً لتعريضهم للخطر بلا مبالاة، كما يحدث حالياً.
لكن هذه قصة أخرى. ومن المفترض أن تكون هذه الفترة منذ أكثر من 600 مليون سنة عندما كانت الأرض صحراء جليدية. تمت مناقشة الأدلة على ذلك منذ الثمانينيات، والآن وجد العلماء في جامعة كوليدج لندن في شمال اسكتلندا أدلة جيدة بشكل فريد. وهذا يسمح بحصر إحدى فترات التجلد هذه في الفترة ما بين 717 و658 مليون سنة قبل الآن.
تم العثور على الدليل في تكوين جيولوجي في شمال اسكتلندا. توجد في الأسفل طبقة من الصخور الكربونية التي تكونت في قاع المحيط الاستوائي الدافئ. وفوق ذلك، تمكن الباحثون من التعرف على الصخور التي تشكلت من الرواسب من بحر جليدي شديد البرودة. أدى ضغط الرواسب اللاحقة إلى تحويل كلتا الطبقتين إلى صخور على مدى ملايين السنين، والتي تم طيها في النهاية وجلبها إلى السطح عن طريق تحريك الصفائح القارية.
ولتحديد العمر، أستفاد الباحثون من الخصائص الخاصة لمعدن الزركون. ويتكون هذا من مزيج من عنصر الزركونيوم مع السيليكون والأوكسجين ويمكن أن يشمل أيضاً عناصر أخرى عند إنشائه. على سبيل المثال اليورانيوم، ولكن بالتأكيد ليس الرصاص. ونتيجة لذلك، يحتوي المعدن على اليورانيوم والرصاص، إذا جاز التعبير. يتحلل اليورانيوم الموجود في الزركون في البداية بمرور الوقت من خلال الانشطار النووي، وينتج الرصاص ويتراكم تدريجياً في المعدن. ويمكن تحديد عمره - وبالتالي الصخر الذي يوجد فيه - من نسبة الرصاص إلى اليورانيوم. ولذلك تمكن الباحثون من تضييق نطاق التجلد بشكل جيد للغاية من خلال التسلسل المؤرخ لرواسب المناطق الاستوائية ورواسب العصر الجليدي. ونشرت دراستهم في المجلة البريطانية للجمعية الجيولوجية.
ولكن كيف يمكن لكوكبنا أن يتحول إلى "كرة ثلج"، كما يطلق عليها في المناقشة الفنية؟ تعتمد درجة الحرارة على الأرض على ثلاثة عوامل رئيسية. الطاقة الشمسية الواردة، وكمية هذه الطاقة التي تنعكس ولا تبقى في البداية في نظام الأرض، وكمية الغازات الدفيئة في الغلاف الجوي. هذا الأخير يضمن أن الإشعاع الحراري من سطح الأرض لا يهرب مباشرة إلى الفضاء، ولكن أولا يسخن الهواء. وبدون هذه الغازات الدفيئة، ستكون الأرض أكثر برودة بنحو 30 درجة مئوية في المتوسط في ظل الظروف الحالية، مما يعني أنها ستكون كوكباً جليدياً.
وهذا بالضبط ما كان عليه الحال منذ أكثر من 700 مليون سنة. وأهم الغازات الدفيئة الطبيعية هي بخار الماء وثاني أوكسيد الكربون المعروف (CO2). يتواجد بخار الماء بكثرة في الغلاف الجوي لكوكب دافئ. كلما كان أكثر دفئاً، كلما كان أكثر أو أقل برودة. ردود فعل إيجابية يتم التحكم فيها من خلال آليات أخرى حتى لا تخرج عن السيطرة في إتجاه أو آخر. كان ثاني أوكسيد الكربون وفيراً في الغلاف الجوي المبكر. وطالما أن الحياة ليست موجودة على نطاق واسع - كما كان الحال قبل 700 مليون سنة - فإن ثاني أوكسيد الكربون ينبعث في المقام الأول من خلال النشاط البركاني. تعمل العمليات في المحيطات و في الأنهار على إزالة الغاز من الغلاف الجوي.
وهذه عمليات بطيئة جداً وفقاً للمعاييرالبشرية، ولكن تكوين الكربونات في الماء والجو يمكن أن يكون في بعض الأحيان أسرع كعملية مستمرة لأن النشاط البركاني لا يحدث بشكل متساوٍ. ربما ساهم إنخفاض الإشعاع الشمسي بشكل دوري في وضع الكوكب على المسار الخاطئ: فقد انخفض تركيز ثاني أوكسيد الكربون في الغلاف الجوي أكثر فأكثر، ومعه درجة الحرارة، مما يعني إنخفاض بخار الماء. وعلى الأرض، التي لم تعد استوائية تماماً، تشكل الجليد عند القطبين وفي الجبال العالية، مما أدى إلى زيادة الإشعاع الخلفي وإمتصاص التربة والمياه طاقة شمسية أقل. أستمرت درجة الحرارة في الانخفاض حتى أصبحت الأرض في النهاية كوكباً جليدياً.
لكن كيف خرجت من فخ الجليد هذا؟ الجواب يكمن أيضاً في الجو والبراكين. على كوكب جليدي لا يذوب أبداً أو نادراً . لذلك لا توجد أنهار ولا فقدان ثاني أوكسيد الكربون من خلال الجو. ومع ذلك، فإن النشاط البركاني يستمر على الأرض الجليدية، ولهذا السبب تمكن ثاني أوكسيد الكربون في الغلاف الجوي من التراكم مرة أخرى في ذلك الوقت. لدرجة أنه لفترة قصيرة كان هناك نوع من الدفيئة الفائقة التي اختفى فيها الجليد أخيراً.
كان لهذه الحادثة "كرة الثلج" آثار بعيدة المدى: فقد أدت إلى ما يسميه بعض علماء الأحياء "الانفجار الكبير" للتطور. حتى العصر الجليدي، كانت الحياة على الأرض تتكون في المقام الأول من كائنات حية وحيدة الخلية تتغذى على عملية التمثيل الضوئي والمواد النزرة غير العضوية المتوفرة في الماء. ولكن من الواضح أن الظروف المعيشية القاسية والفقيرة بالمغذيات أعطت التطور دفعة. تعرضت "الحيوانات العاشبة" لضغوط تنافسية متزايدة بشكل كبير بسبب توفر كميات أقل من الغذاء. قام أربعة علماء أمريكيين مؤخراً بحساب ذلك باستخدام نماذج تطورية مختلفة، وفي بحث نُشر في Proceedings of the Royal Society B، توصلوا إلى إستنتاج مفاده أن هذه التغييرات الشديدة في الظروف البيئية ربما شكلت نقطة البداية لتطور جميع الكائنات مُتعددة الخلايا في العصر الحديث. الكائنات الحية. بعد نهاية العصر الجليدي، كان أسلافهم قد إنتشروا بشكل متفجر.

فولفغانغ بومرن* درس التاريخ والأرصاد الجوية والجيوفيزياء في مدينة كيل وهو المتحمس الدائم لجمال الطبيعة في تعقيدها وترابطها وتنوعها. بعد تخرجه بشهادة في الجيوفيزياء، عمل كمساعد باحث في أقسام التحرير المختلفة.