منظم الحرارة المخفي للأرض ينظم المناخ لمدة 60 مليون سنة

وجد الباحثون أن مجموعة ضيقة من ظروف المحيطات أدت إلى زيادة دفن الكربون لملايين السنين في المرة الواحدة.

لأكثر من 100 مليون سنة، ظلت الأرض ضمن نطاق درجة الحرارة المناسب للحياة، وكأن الكوكب ينظمه منظم حرارة طبيعي. وظل من الصعب شرح كيفية عمل هذا النظام بالضبط. يشير بحث جديد إلى وجود صلة مفقودة تشمل مستوى سطح البحر والفوسفات وكمية الكربون المحتجزة في رواسب المحيطات.

غيرت درجة الحرارة الصفائح الجليدية القطبية ومستوى سطح البحر، مما أدى إلى تغيير كمية الفوسفات المتاحة للحياة البحرية. ثم أثرت إمدادات المغذيات هذه على دفن الكربون، وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وفي النهاية ما إذا كان الكوكب أصبح أكثر دفئًا أو برودة.

درست دراسة شارك في تأليفها زونلي لو، أستاذ علوم الأرض والبيئة في كلية الآداب والعلوم بالجامعة، كيف أثرت التغيرات في مستوى سطح البحر والأكسجين المذاب على توافر الفوسفات في المحيطات وتراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على مدى الستين مليون سنة الماضية. ونشرت النتائج في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

يقول المؤلف الرئيسي روس ريكابي، أستاذ علوم الأرض في جامعة هارفارد: “نحن نعلم أن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي انخفض بشكل كبير مع تبريد الأرض على مدى الستين مليون سنة الماضية، ولكن ليس لدينا سوى القليل من الفهم بشكل ملحوظ للمكان الذي انتهى فيه هذا الكربون”. جامعة أكسفورد، في مقال إخباري بالقسم. “تشير نتائجنا إلى أن الدفن المعزز للكربون العضوي في الرواسب البحرية لعب دورًا أكثر أهمية بكثير مما كان متوقعًا في السابق.”

يربط الفوسفات مستوى سطح البحر والمناخ

وفي مركز هذه العملية يوجد الفوسفات، وهو أحد أشكال الفوسفور الذي تحتاجه الكائنات البحرية للنمو. ويصفه الباحثون بأنه جزء “غير مرئي” سابقًا من أحجية المناخ.

عندما كانت مستويات سطح البحر مرتفعة، كانت الجروف القارية الواسعة تلتقط الفوسفات في رواسب قاع البحر الضحلة قبل أن تصل إلى المحيط المفتوح. ومع قلة المغذيات المتاحة، انخفضت الإنتاجية البحرية، وغرقت كمية أقل من الكربون العضوي وأصبحت مدفونة في قاع البحر. وظلت مياه المحيط غنية بالأكسجين، بينما تراكم المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

وقد أنتج انخفاض مستويات سطح البحر النمط المعاكس. ومع انكماش الجروف القارية، دخل المزيد من الفوسفات إلى الماء، مما حفز نمو الكائنات البحرية. وعندما غرقت هذه المادة العضوية وتحللت، استهلكت العملية الأكسجين المذاب وخلقت مناطق متوسعة من المياه الفقيرة بالأكسجين.

وبمجرد وصول تلك المناطق إلى الرواسب الغنية بالمواد العضوية على الرفوف القارية، بدأت دورة تعزيز. أدت ظروف انخفاض الأكسجين إلى إطلاق فوسفات إضافي من الرواسب، مما دعم المزيد من النمو البحري وزيادة دفن الكربون العضوي. ومع احتجاز المزيد من الكربون تحت قاع البحر، بقي كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

يقول لو: “درس مؤلفنا المشارك، كريستيان بيروم، العلاقة بين مستوى سطح البحر وأكسجين المحيط والفوسفات باستخدام نموذج كمبيوتر قبل عقدين من الزمن”. “لقد قمنا أخيرًا بتجميع السجلات الجيولوجية اللازمة لاختبار هذه الفرضية.”

نطاق ضيق لمستوى سطح البحر يزيد من الدفن

حدثت أقوى عملية دفن للكربون داخل نافذة محدودة نسبيًا، عندما كان مستوى سطح البحر يبلغ حوالي 10 إلى 40 مترًا فوق ارتفاعه الحالي. ضمن هذه “البقعة المثالية” لمستوى سطح البحر، تتماشى مناطق الحد الأدنى من الأكسجين مع رواسب الجرف الغنية بالمواد العضوية، مما يسمح باستمرار التغذية المرتدة لملايين السنين.

واختبر الباحثون هذا النمط مقابل الأدلة الجيولوجية التي تغطي 60 مليون سنة. وتضمنت سجلاتهم نظائر الكربون، وتراكم الفوسفور في رواسب أعماق البحار، وبديل اليود إلى الكالسيوم الذي تم تطويره حديثًا لتقدير مستويات الأكسجين في المحيطات القديمة.

أجرى مختبر لو قياسات نسبة اليود إلى الكالسيوم. تدرس هذه الطريقة الكيمياء المحفوظة للمنخربات، وهي كائنات بحرية مجهرية تتراكم بقاياها في رواسب قاع البحر، لتحديد كمية الأكسجين الموجودة في المياه القديمة. تم قياس العينات باستخدام مطياف الكتلة في جامعة سيراكيوز من خلال تمويل من المؤسسة الوطنية للعلوم.

أضعفت أعالي البحار مخزون الكربون في الأرض

يقدم عصر الإيوسين، الذي امتد منذ ما يقرب من 56 إلى 34 مليون سنة، مثالا واضحا لما حدث عندما توقفت ردود فعل الدفن الكربونية عن العمل بفعالية. وكانت مستويات سطح البحر مرتفعة للغاية، مما أدى إلى إغراق الرفوف القارية واحتجاز الفوسفات في الرواسب الضحلة. وظل المحيط المفتوح يحتوي على نسبة عالية من الأكسجين، في حين أن الآلية التي عززت دفن الكربون العضوي كانت غير نشطة إلى حد كبير.

ومع إزالة كمية أقل من الكربون وتخزينها في الرواسب البحرية، تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وظلت الأرض دافئة.

تقترح الدراسة أن نطاق الظروف الملائمة لدفن الكربون أصبح أضيق مع مرور الوقت الجيولوجي مع تحول مناطق الحد الأدنى من الأكسجين إلى المياه العميقة. ساعد هذا التغيير التدريجي على استقرار الأكسجين في الغلاف الجوي وثاني أكسيد الكربون. وأصبحت التقلبات بين دفن الكربون في المحيطات وتراكم الغلاف الجوي أقل وضوحا، مما زاد من مرونة النظام المناخي للأرض.

سجلات الأكسجين القديمة تزيد من حدة تاريخ المناخ

وتمتد النتائج إلى العمل السابق الذي قام به مختبر لو باستخدام وكيل اليود إلى الكالسيوم لإعادة بناء محتوى الأكسجين في المحيطات القديمة.

دراسة نشرت في علوم الأرض الطبيعية في يناير استخدمت نفس الطريقة لإظهار ذلك المحيطات الاستوائية خلال عصر البروتيروزويك تحتوي على كمية وفيرة من الأكسجين، وهو عكس النمط الحديث. وحدد هذا البحث أيضًا نقطة تحول كوكبية منذ مئات الملايين من السنين أدت إلى عكس توزيع الأكسجين في المحيطات.

المرجع: “تتحكم المياه المنخفضة الأكسجين التي تغزو الجرف في معدلات دفن الكربون العضوي في حقبة الحياة الحديثة” بقلم روزاليند إي إم ريكابي، وتوماس جيه وود، وزونلي لو، وكريستيان جيه بيروم، 22 يونيو 2026، وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
دوى: 10.1073/pnas.2526409123

حصل المشروع على تمويل من مجلس البحوث الأوروبي (ERC) في إطار برنامج البحث والابتكار Horizon 2020 التابع للاتحاد الأوروبي (مشروع SCOOBI، اتفاقية المنحة رقم 101019146؛ REMR) ومن مجلس أبحاث البيئة الطبيعية (NERC؛ مشروع PUCCA، جائزة NE/V011049/1؛ REMR).

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.