الأرض ككرة الثلج

هل كان هناك بالفعل وقت كانت فيه الأرض بأكملها مغطاة بغطاء من الجليد حتى خط الاستواء؟ وتشير الأدلة الجيولوجية إلى أنه قد يكون كذلك

بقلم: مايكل بات ودوف أفيغاد، غاليليو

نظرية الأرض كرة الثلج، وبالعبرية الأرض ككرة ثلج، تقول أنه كان هناك وقت كانت فيه الأرض بأكملها مغطاة بطبقة جليدية وصل سمكها إلى كيلومتر واحد في المحيطات. حدث هذا الحدث في وقت كان فيه عالم الحيوان في المراحل الأولى من تطوره. وقد تمت صياغة النظرية بشكلها الحالي في سلسلة مقالات للباحثين دانييل شراج وبول هوفمان، وتهدف إلى شرح مجموعة من الظواهر التي تشير إلى نشاط جليدي حدث منذ 1 مليون إلى مليار سنة مضت - وهي فترة تسمى "عصر الطلائع الحديثة".
وفقًا لهذه النظرية، تكونت فترة الأرض كرة الثلج من سلسلة من الأحداث التي شملت ما لا يقل عن أربعة عصور جليدية، ربما استمر كل منها ما بين 5 و10 ملايين سنة، وتضمن انخفاض متوسط ​​درجة الحرارة إلى 50 درجة مئوية تحت الصفر. وفي نهاية كل عصر من هذه العصور الجليدية، وفي تحول حاد، بدأ حدث احترار قصير، في حدود عشرات الآلاف من السنين، ارتفع خلاله متوسط ​​درجة حرارة الأرض إلى 50 درجة فوق الصفر.

على عكس الزلازل والتسونامي وغيرها من الظواهر الطبيعية التي حدثت في الماضي وما زالت تحدث في الوقت الحاضر، كانت فترة الأرض كرة الثلج حدثًا فريدًا، لم يتكرر. هذا التفرد جعل من الصعب على المجتمع العلمي قبول النظرية. ومع ذلك، فإن فحص النظرية أنتج أدلة مؤيدة، مما أدى إلى الاعتراف المتزايد بصحتها. ونود في هذا المقال أن نعرض على القراء أهم نقاط النظرية، ونصف تجليات الحدث في منطقتنا.

تطور الفكرة
فهل من الممكن أن تصبح الأرض، والتي تسمى أيضًا بالكوكب الأزرق بسبب اللون الأزرق للمحيطات، نجمة بيضاء بعد أن غطتها بالكامل غطاء جليدي سميك لملايين السنين؟ فهل يشير مثل هذا الحدث، إذا حدث بالفعل، إلى الحدود المحتملة للتغيرات المناخية خلال تاريخ الأرض البالغ 4.5 مليار سنة؟
بداية نظرية كرة الثلج للأرض كانت في اكتشاف بريان هارلاند في عام 1964. وجد هارلاند أن الصخور التي تم نقلها وترسيبها بواسطة الأنهار الجليدية في المحيطات خلال فترة الطلائع الحديثة تظهر في جميع القارات. اعتمد هارلاند على قياسات المغناطيسية القديمة (انظر الإطار 2) لإثبات أن هذه الصخور كانت في ذلك الوقت في المناطق الاستوائية، حول خط الاستواء.

وقام عالم الجيوفيزياء الروسي ميخائيل بوديكو بدراسة الظاهرة واختبار النماذج المناخية النظرية لتوازنات الطاقة، في محاولة لفهم شدة الحدث والآلية التي تسببت فيه. ووجد أن زيادة النسبة بين الضوء المنعكس عن سطح الأرض وأشعة الشمس الساقطة عليها (نسبة تعرف بالبياض)، بسبب تغطيتها بالأنهار الجليدية، قد يسبب عدم استقرار مناخ الأرض. يمتلك الثلج الأبيض والجليد انعكاسًا عاليًا (حوالي 0.8 من إجمالي الإشعاع، أي حوالي 80%)، وبالتالي فإن الأسطح الثلجية/الجليدية تسبب الكثير من انعكاس الضوء من الأرض. ومن ناحية أخرى، فإن مياه البحر لها عائد منخفض (حوالي 0.1)، وبالتالي فإن المحيطات عبارة عن جسم يمتص الطاقة. تتميز القارات التي لا تغطيها الثلوج/الجليد بعودة متوسطة. كلما زاد انعكاس الضوء عن سطح الأرض، انخفض متوسط ​​درجة الحرارة على سطح الأرض. وأوضح بوديكو أنه كلما اقتربت المنطقة التي تغطيها الأنهار الجليدية من خط الاستواء، كلما زاد رجوع الضوء/الطاقة من الأرض، وذلك لأن نسبة المناطق الواقعة بين الجليد والمحيطات والقارات التي لا يغطيها الجليد عند كل منها درجة خط العرض - الزيادات. وعندما تمتد الأنهار الجليدية إلى خط عرض حرج، وهو حوالي 30 درجة، فإن عودة الطاقة ستكون كبيرة جدًا لدرجة أن درجات الحرارة ستنخفض. في ظل هذه الظروف، يمكن للغطاء الجليدي أن يغطي الكوكب بأكمله. ومن المهم الإشارة إلى أن المحيطات تتجمد إلى متوسط ​​عمق كيلومتر واحد فقط بسبب الحرارة المنبعثة من باطن الأرض، والتي تمنع تجمدها بالكامل.
وفقًا لعالم المغناطيسية القديمة جوزيف كيرشفينك، الذي صاغ مصطلح كرة الثلج الأرض في عام 1992، كانت حركة صفائح الأرض هي التي أدت إلى تركيز القارات حول خط الاستواء في عصر الطلائع الحديثة. تضمنت حركة الصفائح أيضًا نشاطًا بركانيًا، انبعثت خلاله غازات مختلفة إلى الغلاف الجوي، بما في ذلك غاز الدفيئة الرئيسي على الأرض - ثاني أكسيد الكربون. والافتراض هو أن شدة إشعاع الشمس قبل 600-700 مليون سنة كانت أقل بنسبة ستة في المائة مما هي عليه اليوم. وذلك لأن كثافة الشمس تزداد خطياً نتيجة عمليات الاندماج وتكوين الهيليوم، وبالتالي خلال 4 مليارات سنة ارتفعت درجة الحرارة بنسبة 25%. وبما أن هناك أدلة على ذوبان الثلوج خلال فترات الاحترار، فإن تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي خلال هذه الفترة كان لا بد أن يكون أكبر بـ 350 مرة من تركيزه في الغلاف الجوي اليوم، وذلك من أجل القضاء على تأثير البياض العالي (الإشعاع) التفكير) خلال هذه الفترة.
تم الحصول على تعزيز للادعاء بأن القارات في هذه الفترة كانت تتركز حول خط الاستواء من بحث هوفمان وشراج، اللذين ادعيا أن تفكك قارة رودينيا العملاقة منذ حوالي 870 مليون سنة أدى إلى نشوء حوالي عشر قارات أصغر كانت تقع حول خط الاستواء. بين خطي عرض 30 جنوباً و30 شمالاً.

ومع ذلك، لا يتفق الجميع مع هذا التفسير. وادعى جورج ويليامز (وليامز) وزملاؤه (1997)، أن ظهور الأنهار الجليدية عند خط الاستواء وانخفاض درجات الحرارة نتج عن تغير زاوية ميل محور دوران الأرض بالنسبة لمدارها حول الشمس. معنى التغيير هو أنه مقارنة باليوم، كان الإشعاع عند القطبين أقوى وفي خطوط العرض السفلية - أضعف. ووفقا لهذه الحجة، كانت الأنهار الجليدية موجودة فقط عند خط الاستواء، وليس عند القطبين. وبالتالي فإن هذا التفسير يستبعد ظاهرة الأرض كرة الثلج.
استنادًا إلى عمر الرواسب الجليدية، واستنادًا إلى القياسات المغناطيسية القديمة (الإطار 2) التي تشير إلى أن هذه الرواسب الجليدية تركزت في خطوط العرض المنخفضة (0-10 درجات)، وأن توزيع معظم الرواسب الجليدية من عصر الطلائع الحديثة لا يمر شمال وجنوب خط عرض 60، ويدعي ديفيد إيفانز أنه كانت هناك أربعة عصور جليدية: 600-570 مليون سنة قبل الحاضر؛ 600-630 مللي ثانية قبل الوقت الحاضر؛ 750-700 مللي ثانية قبل الوقت الحاضر؛ و770-740 مللي ثانية قبل الحاضر.
ولهذه الفترات أهمية كبيرة من حيث تطور الحياة على الأرض. أحد الأسئلة الرئيسية الرائعة في تطور الحيوانات هو سبب الانتقال المفاجئ والسريع على ما يبدو بين الطحالب والكائنات وحيدة الخلية التي هيمنت على عالم الحيوان لحوالي ملياري سنة إلى حوالي 11 عائلة من الكائنات الحية وحيدة الخلية ومتعددة الخلايا المتطورة نسبيًا (انظر: الشكل 3). حدث هذا التغيير أثناء الانتقال من العصر الحديث إلى العصر الكمبري. وادعى بريان هارلاند ومارتن رودويك (1964) (XNUMX) أن هذا التطور يرتبط أيضًا بشكل غير مباشر بالحدث الجليدي الذي نتعامل معه، والمزيد عن ذلك لاحقًا.

الخصائص التي تميز فترة الطلائع الحديثة

يمكننا تسمية العديد من الظواهر الفريدة في فترة الطلائع الحديثة والمتعلقة بأرض كرة الثلج. الأول: انشطار قارة رودينيا العملاقة وتشتت القارات العشر التي تكونت عند خطوط العرض المنخفضة، وموقعها بالقرب من خط الاستواء. وكان موقع القارات هذا شرطا حاسما لتطور العصور الجليدية، كما سنقول لاحقا. ثانيًا، التغيرات الحادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي: ثاني أكسيد الكربون هو غاز ينطلق في الغلاف الجوي أثناء النشاط البركاني. وهذا الغاز هو أيضًا غاز الدفيئة الرئيسي على الأرض. ومع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، يقل انبعاث الطاقة من الأرض، ويرتفع متوسط ​​درجة الحرارة. لولا عمليات التوازن - تثبيت ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي في عملية التمثيل الضوئي وترسيب الكربونات، وخاصة الطباشير والدولوميت - لكانت درجات الحرارة مرتفعة جدًا على الأرض، على غرار كوكب الزهرة. خلال العصر الجليدي، عندما يكون هناك القليل من الأمطار، يتم تقليل عمليات التجوية الكيميائية ومتابعتها - ترسب الكربونات. ولذلك فإن هناك زيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة وذوبان الأنهار الجليدية. والواقع أنه أثناء الانتقال من كل عصر من العصور الجليدية إلى فترة الانحباس الحراري (فترة ما بين العصور الجليدية) التي تلت ذلك، حدثت زيادة في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، حتى أن التركيزات كانت أعلى بنحو 2 مرة من تركيزه اليوم.
الصخور التي تمثل العصر الجليدي (يشير مصطلح "الفترة الجليدية" إلى جميع الفترات الجليدية) في عصر الطلائع الحديثة تم وصفها بشكل رئيسي من ناميبيا وغرب الولايات المتحدة وأستراليا وموريتانيا، وهي تنقسم إلى نوعين رئيسيين: الصخور الرسوبية الجليدية والتي تمثل الفترات الجليدية، وصخور الغطاء الكربونية التي تمثل فترات الاحترار. تم الكشف عن الأخير في ممر حاد فوق الصخور الجليدية. الصخور الرسوبية الجليدية عبارة عن تكتلات يتنوع تركيب الحصى فيها، وتتكون عند قاعدة الانجراف الجليدي على الأرض أو بالقرب منها، أو نتيجة انزلاقات رواسب النهر الجليدي الذائب على المنحدرات. وتتشكل التكتلات أيضًا عندما يذوب النهر الجليدي في المحيط، وتغرق شظايا الصخور التي تنجرف عند قاعدة النهر الجليدي في وسط طيني. تتميز شظايا الصخور "الزائدة" الموجودة في قاعدة النهر الجليدي بأخدود نشأ بسبب تآكل الحصاة على الصخر تحت النهر الجليدي. تشتمل صخور الغطاء الكربوني على دولوميت ذات طبقات جيدة أو طباشير تحتوي على ستروماتوليت. (الستروماتوليت هي طحالب متحجرة، وتشكل نمواتها السبعة بنية ذات طبقات رقيقة.) يبلغ سمك الطبقات في الصخور الرسوبية الجليدية عادة بضعة أمتار، ومع ذلك، تمثل الصخور فترات تصل إلى عشرة ملايين سنة. وفي المقابل فإن سماكة صخور الغطاء الكربوني قد تصل إلى عشرات الأمتار، رغم أنها تمثل فترات قصيرة نسبيا من الاحترار لا تتجاوز عشرات الآلاف من السنين.

رواسب الحديد الكاذبة
تظهر الصخور الرسوبية الغنية بالحديد والمغطاة بشكل رئيسي في فترات سابقة لعصر الطلائع الحديثة - في العصر القديم، منذ حوالي 3.5 إلى 2 مليار سنة. التفسير المقبول لتخصيب الحديد هو أنه في هذه الفترة المبكرة كانت المحيطات والغلاف الجوي تحتوي على القليل من الأكسجين فقط، وظهر الحديد على شكل أيونات حديد ثنائية التكافؤ (حديد معاد تدويره) مذابة في مياه المحيط. ومع مرور الوقت، ونتيجة للنشاط البيولوجي، زاد تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي ومياه المحيطات. وتأكسد الحديد الثنائي التكافؤ، وغرق في قاع المحيطات كطبقات غنية بالحديد الثلاثي التكافؤ. تم العثور على رواسب الحديد المبطنة هذه أيضًا في عصر الطلائع الحديثة، وتظهر بشكل رئيسي في ناميبيا وغرب الولايات المتحدة وأستراليا وموريتانيا.

كرة الثلج الأرضية كتفسير لهذه الظواهر

كيف تتناسب هذه الظواهر مع التفسير الشامل الذي يدعم النظرية القائلة بأنه خلال فترة الطلائع الحديثة كانت الأرض بأكملها مغطاة بطبقة جليدية؟ تكمن قوة نظرية أن الأرض ككرة ثلج في أنها تقدم تفسيرات لمعظم السمات الجيولوجية الفريدة لتلك الفترة.
وكما أشار إيفانز، وكذلك شراج وهوفمان، كانت القارات في ذلك الوقت تتمركز حول خط الاستواء. ومن ثم، ساد في ذلك الوقت مناخ استوائي في معظم القارات، ويتميز، من بين أمور أخرى، بكمية كبيرة من الأمطار. وتسببت كميات الأمطار الكبيرة في عمليات تجوية سريعة، تم خلالها استهلاك ثاني أكسيد الكربون وتناقص تركيزه في الغلاف الجوي. كما ذكرنا فإن ثاني أكسيد الكربون هو الغاز الدفيئة الرئيسي في الغلاف الجوي للأرض، وبالتالي فإن انخفاض تركيزه في الغلاف الجوي أدى إلى زيادة البياض، مما أدى إلى عودة الطاقة بشكل كبير من على وجه الأرض وتسبب في التبريد والبداية من الصلع.
خلال العصور الجليدية، عندما تجمدت المحيطات لملايين السنين وكانت في الواقع منفصلة عن الغلاف الجوي، نشأت ظروف إعادة الدوران في المحيطات، وذاب الحديد. لكن مع الانتقال إلى فترة الاحترار، التي أصبح فيها اختلاط مياه المحيط ممكنا والانتقال إلى ظروف الأكسدة، يتأكسد الحديد المذاب ويغوص كطبقات غنية بالحديد. تفسر هذه العملية وجود صخور رسوبية غنية بالحديد في عصر الطلائع الحديثة.

ويمثل الانتقال الحاد بين الصخور الرسوبية الجليدية وصخور الغطاء الكربوني الانتقال السريع من العصر الجليدي إلى فترة الاحترار. ويعني وجود قسم سميك من صخور الكربونات، والذي يمثل فترة قصيرة نسبيًا، تطورًا سريعًا للطحالب والبكتيريا في المحيطات وإمدادًا سريعًا بمنتجات التجوية. تنشأ هذه الزيادة من التركيز العالي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، والذي تسبب في هطول أمطار حمضية (ينتج ثاني أكسيد الكربون في الماء حمض الكربونيك)، مما أدى إلى تسريع عمليات التجوية الكيميائية. إن امتزاج مياه المحيط والتجوية السريعة أدى إلى زيادة تركيز العناصر الغذائية في مياه البحر، وتسبب في زيادة خصوبة المياه وزيادة نشاط الطحالب والبكتيريا، والتي كادت تختفي خلال العصور الجليدية.
دليل آخر على ما حدث خلال هذه الفترات يقدمه تركيب نظائر الأكسجين والكربون في الصخور الموجودة فوق وتحت الصخور الرسوبية الجليدية (انظر الإطار 2). ويتميز قسم الصخور الكربونية الموجود أسفل الصخور الجليدية باحتوائه على نسبة 1.5% من الكربون 13 مقارنة بالصخور البركانية. وتبين هذه الحقيقة أن حوالي نصف الكربون تم طرحه من المحيطات كمواد عضوية لم يكن لديها الوقت الكافي للتأكسد والتحلل، لأنه تم دفنه بسرعة بواسطة منتجات التجوية. وفي الصخور الكربونية التي توجد فوق الصخور الرسوبية الجليدية تتغير النسب مع زيادة القسم أي من عمر أكبر إلى عمر أصغر من عجز في الكربون 13 (5 إلى 6 أجزاء من الألف (سلبي) إلى إثراء الكربون 13 مقارنة بالكربون 12 (حوالي 5 أجزاء من الألف موجبة)، وذلك نتيجة للإطلاق السريع للمواد العضوية المدفونة وتجديد النشاط البيولوجي. على الرغم من أن مثل هذه التغييرات في نسبة الكربون 13 إلى الكربون 12 ليست فريدة من نوعها في حالة الصلع، إلا أن شدة التغييرات والانتقال السريع غير عاديين، وتشرحها نظرية كرة الثلج للأرض بشكل جيد.
كيف يمكن أن تؤثر فترة الأرض كرة الثلج على ازدهار الأنواع متعددة الخلايا في نهاية عصر الطلائع الحديثة والكامبري، قبل ما بين 600 و500 مليون سنة من عصرنا؟ وفي الواقع، خلال العصور الجليدية، توقف نشاط الحياة على سطح الأرض، باستثناء المناطق الدافئة في المحيطات، القريبة من مراكز النشاط البركاني. نشاط الحياة ممكن في المناطق التي تكون فيها درجات الحرارة مرتفعة للغاية، تصل إلى 400 درجة مئوية، كما هو موجود في المستعمرات الحالية المكتشفة في المداخن في قاع البحر غرب كاليفورنيا. أدت الظروف المعيشية الصعبة النموذجية لهذه الموائل، فضلاً عن عزلتها عن بعضها البعض، إلى خلق ضغوط اختيار قوية، مما أدى بدوره إلى زيادة التنوع وزيادة تنوع الأنواع. بعد العصور الجليدية، أي ما بين 575-555 مليون سنة قبل عصرنا، ظهرت الأنواع متعددة الخلايا الأكثر تطورًا لأول مرة في التوزيع العالمي، بما في ذلك الإسفنج والرخويات والمفصليات وغيرها (انظر الشكل 3).
تكمن قوة نظرية أن الأرض ككرة ثلج في أنها تقدم تفسيرات لمعظم السمات الجيولوجية الفريدة لتلك الفترة.
6.6.2006

وفي منطقتنا - جبال شرق إفريقيا

في منطقتنا، يتم تمثيل عصر الطلائع الحديثة في صخور جبال شرق إفريقيا. الأوروجين عبارة عن سلسلة جبلية تتطور في مناطق الاندساس (أي المناطق التي تنغمس فيها إحدى الصفائح التكتونية تحت أخرى). عندما انقسمت قارة رودينيا العملاقة إلى عدة قارات، قبل حوالي مليار سنة، حدث صدع في منطقتنا حيث تطور المحيط الموزمبيقي، والذي أصبح حجمه مماثلا لحجم المحيط الهادئ اليوم. كان محيط موزمبيق موجودًا منذ حوالي 850 إلى 630 مليون سنة قبل الحاضر، وعلى هامشه تطورت منطقة الاندساس لجبال شرق إفريقيا. وكان هذا الأوروجين في حجم نظام جبال الألب أو كورديليرا، وكانت الجبال فيه ترتفع إلى ارتفاعات مماثلة لارتفاعات جبال الهيمالايا.
في الجزء الشمالي من جبال شرق أفريقيا توجد منطقة تتكون من صخور حقبة الحياة الحديثة، المعروفة باسم الكتلة الصخرية العربية النوبية (الشكل 4). وتشمل هذه المجموعة شبه الجزيرة العربية والأردن وجنوب إسرائيل وسيناء ومناطق في مصر والسودان وإثيوبيا وإريتريا. تتكون الألياف بالكامل من قشرة أولية، تكونت بواسطة الصهارة التي جاءت مباشرة من باطن الأرض. نهايتها الشمالية المكشوفة هي صخور العصر الحديث في إيلات وتيمانا.

قدم أوروجين شرق إفريقيا مساهمة مهمة للغاية في تكوين القشرة القارية على سطح الأرض. امتد هذا الجبل من إسرائيل في الشمال إلى جنوب أفريقيا وموزمبيق، وربما إلى مدغشقر والهند والقارة القطبية الجنوبية. يختلف شمال الأوروجين عن جنوبه بشكل رئيسي في بنية القشرة الأولية للكتلة الصخرية العربية النوبية.
يعد فهم تطور وجدول جبال شرق إفريقيا شرطًا ضروريًا لدمج العناصر التي قد تشير إلى وجود التجلد العالمي في منطقتنا. معظم المناطق التي تمت فيها دراسة نظرية كرة الثلج للأرض حتى الآن كانت قارات لم يحدث فيها نشاط جبلي لإنشاء سلاسل جبلية خلال فترة الطلائع الحديثة؛ من ناحية أخرى، فهي في منطقتنا عبارة عن منطقة جبلية، وهي منطقة قابلة للطي، حيث يصعب توثيق الأدلة الجيولوجية. وفي السنوات الأخيرة، أجرى الباحثون الإسرائيليون وزملاؤهم العديد من الدراسات في جنوب إسرائيل وسيناء وإريتريا وإثيوبيا، مما ساهم في تحسين المخطط العام لتطوير الأوروجين الذي اقترحه روبرت ستيرن في عام 1994. وهكذا، على سبيل المثال تم تحديد عمر القشرة المحيطية الموزمبيقية بـ 810 مليون سنة، وتم تحديد نهاية عملية طي الأوروجين بـ 630 مليون سنة قبل الوقت الحاضر. يعد تحديد فترات الإزالة (التآكل، والتجوية الفيزيائية) في نهاية منطقة الجبال أمرًا في غاية الأهمية، حيث أنه من الممكن أن يكون النشاط الجليدي هو المسؤول عن التآكل. تم تحديد فترتي التعرية الرئيسيتين: الأولى والرئيسية منذ 600 مليون سنة، وتتمثل في التكتلات والأحجار الرملية؛ والثانية منذ 532 مليون سنة، والتي كونت السطح المنزوع (Peneplain) على سطح صخور الطلائع الحديثة.

الأرض كرة الثلج وجبال شرق أفريقيا
إذا كانت العصور الجليدية في نهاية عصر الطلائع الحديثة ظاهرة عالمية بالفعل، فيجب العثور على دليل على ذلك أيضًا في جبال شرق إفريقيا.
في أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات، أجرى بات (1972) رسم خرائط جيولوجية في تيجرا في شمال إثيوبيا. تم تقسيم الصخور القاعدية من عصر الطلائع الحديثة إلى مجموعتين: المجموعة السفلى، والتي يبلغ عمرها حوالي 800 مليون سنة، وتتكون من صخور بركانية متحولة يبلغ سمكها آلاف الأمتار، وتشير إلى منطقة الاندساس لحافة المحيط الموزمبيقي. تتكون المجموعة العليا من وحدات من الصخور الرسوبية المتحولة، والدولوميت المغطاة، والطباشير الستروماتوليتية، التي ترسبت في المحيط الموزمبيقي وطوت أثناء تطور الأوروجين (الأشكال 1، 5، 6). وفي سقف المجموعة العلوية، فوق الدولوميت، تم العثور على تكتلات وهي عبارة عن رواسب جليدية.

1الصخور المتحولة هي صخور تغير تركيبها بسبب الحرارة أو الضغط أو كليهما.

في العمل التمهيدي الذي قام به ناثان ميلر وزملاؤه (2003) وباتي وزملاؤه (2003) وجد أن هناك احتمالًا كبيرًا أن تشير النتائج إلى وقوع حدث جليدي واحد أو أكثر. وتحتوي الصخور الكربونية على التركيب النموذجي لصخور الغطاء الكربوني، كما تتميز بوجود النسبة المناسبة بين الكربون-13 والكربون-12. وعلى الرغم من خصائص صخور الغطاء الكربوني حتى الآن، إلا أنه لم يتم العثور على دليل واضح على وجود صخور رسوبية ذات أصل جليدي تحتها. اعتبارًا من اليوم، نواجه أسئلة أكثر من الإجابات، لكن تظهر في المنطقة أنواع الصخور المميزة للعصر الجليدي، أو حسب النظرية التي نناقشها هنا، عمر الأرض ككرة الثلج، وهذا يبرر استمرار البحوث في المنطقة.
وقد أثار بينتور وغارفانكل بالفعل احتمال وجود تكتلات فريدة من هذه الفترة، تمتد من جنوب إسرائيل إلى داخل شبه الجزيرة العربية وسهل بينا (سطح مستو، يمتد على مسافات آلاف الكيلومترات، من إسرائيل إلى إثيوبيا في الجنوب وألجي يار في الغرب)، تشكلت من خلال عمليات التجوية المرتبطة بالأنهار الجليدية. كما تم العثور على أدلة على التجوية الكيميائية للجزء العلوي من السطح بسبب الأمطار الحمضية التي جرفت المنطقة خلال فترات الاحترار بين العصور الجليدية.

الدراسات المعاصرةمن أجل تعميق الأفكار المتعلقة بنظرية كرة الثلج للأرض، تعاون العديد من الباحثين من هيئة المسح الجيولوجي الإسرائيلية والجامعة العبرية مع علماء من جامعة تكساس في دالاس وجيولوجيين إثيوبيين من تيغراه. إن الخبرة والمعرفة الواسعة التي اكتسبها الباحثون أعطتهم الأدوات اللازمة لدراسة نظرية الأرض كرة الثلج في شمال إثيوبيا.
وتظهر النتائج الأولية أنه يوجد في منطقة العمل في تيجرا بإثيوبيا صخور جرانيتية اخترقت تسلسلات من الصخور الرسوبية المتحولة (الشكل 6)، وأن عمر الصخور الجرانيتية يبلغ حوالي 610 مليون سنة. كما وجد أن عمر الرواسب والرمال الجليدية في شرق وغرب تيغرا يزيد عن 700 مليون سنة. وهذا يشير إلى احتمال أن ينتمي الحدث الجليدي في تيغرا إلى الحدث الأول وربما الثاني من الأحداث الأربعة التي ذكرناها.
تم العثور على ستروماتوليت (حصائر الطحالب المتحجرة، الشكل 7) من عصر الطلائع الحديثة في كل من صخور الدولوميت وصخور الحجر الجيري في الموقع. وفي الطباشير الستراتوليتي السفلي، تم العثور على قيم سالبة في نسبة الكربون 13 إلى الكربون 12 (-4 إلى -1 جزء من الألف) والقيم الموجبة (+7 إلى +4 جزء من الألف) في الطباشير الأسود العلوي. إن الاختلاف في نسبة الكميات بين النظائر في الجزء السفلي والعلوي من مقطع الكربونات يميز صخور الغطاء الكربوني الموجودة فوق الرواسب الجليدية.
في الختام، لا تزال نظرية الأرض ككرة ثلج مثيرة للجدل بين العلماء، ولكن لا خلاف على أنه في الفترة المعنية حدثت عدة أحداث صلع، تشكلت خلالها طبقة جليدية امتدت على مساحات واسعة وعلى خطوط العرض المنخفضة . والسؤال الرئيسي الذي يبقى مفتوحا هو: هل غطى الجليد كامل سطح الأرض وتجمدت المحيطات إلى عمق حوالي كيلومتر في المتوسط ​​لفترات ملايين السنين، أم خلال هذه الفترات بقيت مناطق دون غطاء جليدي. إن الأدلة المستقاة من التسلسل الصخري في جنوب إسرائيل وإثيوبيا، والتي تمثل الفترة المعنية، قد تساهم في توضيح هذا السؤال.

شكرونحن نشكر المؤسسة الثنائية بين إسرائيل والولايات المتحدة لتمويل البحث. وشركاؤنا الأمريكيون في هذا البحث هم البروفيسور روبرت ستيرن والدكتور ناثان ميلر من جامعة تكساس في دالاس. كما نشكر الدكتورة جوديث هارليفان والبروفيسور روث بات ماروم، اللذين بذلا الكثير من الجهد في تحرير المقال.

علم الجيولوجيا وتغير المناخ
إن تاريخ تطور الأرض منذ تكوينها كجزء من النظام الشمسي حتى اليوم هو علم الجيولوجيا - نظرية الأرض. تعتمد الجيولوجيا على دراسة تسلسل الصخور (علم طبقات الأرض) وخصائص الصخور (علم الصخور). ويستخدم الأساليب الكيميائية (الجيوكيمياء)، والفيزيائية (الجيوفيزياء)، والطرق البيولوجية (علم الحفريات - عالم الحيوان كما هو متحجر ومحفوظ في الصخور).
الأرض، على عكس معظم الكواكب المعروفة، هي كوكب نشط. هناك مصدران رئيسيان للطاقة يقودان العمليات التي تجري فيه. الأول هو الانشطار النووي الذي يحدث داخل الأرض، في القشرة والوشاح، ويولد طاقة حرارية عالية. هذه الطاقة هي المسؤولة عن النشاط البركاني المنصهر وخلق قشرة جديدة في التلال وسط المحيط، وهي أيضا المحرك لحركة الصفائح وهجرة القارات. وتتكون القشرة الأرضية من «صفائح» تهاجر، أي تغير موقعها، خلال تاريخ الأرض.
المصدر الثاني للطاقة هو الشمس، التي تنشط العمليات التي تحدث قبل الأرض: التسخين التفاضلي للمحيطات والغلاف الجوي والقارات.
هناك الكثير من الأدلة على التغيرات المناخية التي حدثت أثناء تطور الأرض في آخر 700 مليون سنة، وخاصة في الفترات التي تقل عن 20,000 ألف سنة. ولم تتجاوز مدة العصور الجليدية أكثر من عشرات الآلاف من السنين، حدث خلالها انخفاضات تصل إلى 150 مترًا في مستويات المحيطات. توجد أيضًا أدلة على انخفاضات في مستويات هذه المقادير على سواحل إسرائيل. ومع ذلك، فإن الحقيقة الأكثر إثارة للاهتمام هي أنه خلال معظم التاريخ الجيولوجي المعروف للأرض، لم يكن الجليد يغطي القطبين، وكانت مستويات سطح البحر أعلى مما هي عليه اليوم. على سبيل المثال، منذ حوالي 100 مليون سنة، غطى بحر دافئ وضحل أجزاء كبيرة من القارات، كما يتضح من الحجر الجيري وصخور الدولوميت، الشائعة أيضًا في بلادنا. خلال هذه الفترة تأثر مستوى المحيطات بالنسبة للقارات بإضافة المياه الناتجة عن ذوبان الأنهار الجليدية من ناحية، وبارتفاع القارات نتيجة لتحرر حمولة الأنهار الجليدية، على الجانب الآخر.
ما هي العلاقة بين الانجراف القاري والتغيرات المناخية؟ تحدد حالة الصفائح والقارات نظام التيارات في المحيطات، مما يؤثر على مناخ الأرض. في نظام التيار الاستوائي، وهو النوع الذي سيطر على الأرض منذ حوالي 100 مليون سنة، خلال العصر الطباشيري، عندما كان محيط تيثيس يحيط بالكرة الأرضية في المنطقة الاستوائية، كانت الأرض أكثر دفئا، وكانت درجات الحرارة على سطحها موحدة نسبيا وكانت القارات ممطرة أكثر. من ناحية أخرى، في نظام المحيطات مع التيارات حول القطبين، مثل قبل 25 مليون سنة، عندما انغلق محيط تيثيس وانعزلت القطبين، كانت الأرض باردة، وكان انخفاض درجة الحرارة من القطبين إلى خط الاستواء كبيرًا، وبدأت الأنهار الجليدية في الظهور عند القطبين.
ولذلك فإن حركة الصفائح هي السبب الرئيسي للتغيرات المناخية طويلة المدى خلال تاريخ الأرض. مجموعة من العوامل المؤثرة على التغيرات قصيرة المدى، بما في ذلك زيادة تركيز الغازات الدفيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان وبخار الماء في الغلاف الجوي؛ - ثورانات بركانية على نطاق واسع، مسببة "الشتاء النووي"؛ اصطدام الكويكبات بالأرض، كما في حالة انقراض الديناصورات؛ أو تغيرات طفيفة في زاوية محور الأرض بالنسبة للشمس مما يسبب تغيرات مناخية دورية. كان باحث المناخ ميلوتين ميلانكوفيتش هو الذي اقترح أن التغيرات الطفيفة والدورية في مدار الأرض حول الشمس تسبب دورات من العصور الجليدية: دورات "طويلة" تدوم حوالي 100,000 ألف عام، ودورات "قصيرة" تدوم 20,000 ألف إلى 40,000 ألف عام.

دليل "غير مباشر" على التغيرات المناخية
وبعيداً عن الأدلة "المباشرة" على التغيرات المناخية عبر التاريخ الجيولوجي - المقطع العرضي للصخور - هناك أيضاً أدلة "غير مباشرة"، تزداد أهميتها كلما كان حدث التغيير مبكراً. من الأسهل متابعة تطور وتراجع الأنهار الجليدية منذ 20,000 ألف سنة قبل عصرنا وحتى الوقت الحاضر، مقارنة بعد الأنهار الجليدية في العصر الكربوني (حوالي 300 مليون سنة قبل عصرنا) والأوردوفيشي (حوالي 400 مليون سنة قبل عصرنا). ); ومن الأصعب تتبع العصور الجليدية في نهاية عصر ما قبل الكمبري-نيوبروتيروزويك (حوالي مليار سنة قبل عصرنا).
ولذلك يجب علينا استخدام الطرق الجيوكيميائية غير المباشرة، التي تعتمد على نسبة الكميات بين النظائر المستقرة، وخاصة على نسبة الكميات بين النظير الثقيل الأكسجين-18 والأكسجين الخفيف-16. يتبخر النظير الخفيف بسهولة أكبر من النظير الثقيل، لذلك يتم إثراء مياه الأمطار بالأكسجين الخفيف. خلال الفترات بين الجليدية، تعود معظم مياه الأمطار على شكل جريان سطحي إلى المحيطات، وتبقى نسبة النظائر في المحيطات ثابتة. ومن ناحية أخرى، خلال العصور الجليدية، تُحتجز بعض هذه الرواسب في الأنهار الجليدية، وتصبح المحيطات غنية بالنظائر الثقيلة. ففي مقابل كل انخفاض بمقدار 10 أمتار في مستوى سطح البحر، نتيجة لتصريف المياه من المحيطات واحتجازها في الأنهار الجليدية، يتم إثراء النظير الثقيل للأكسجين 18 بنسبة 0.1 جزء في المليون نسبة إلى الضوء. وبالتالي فإن النسب الكمية بين نظيري الأكسجين تسمح لنا بمتابعة الانتقال بين الفترات الجليدية والفترات الجليدية.
تشير نسبة الكربون 13 إلى الكربون 12 إلى دفن المواد العضوية، وبشكل غير مباشر انخفاض تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. تميل النباتات التي تنتج المواد العضوية عن طريق عملية التمثيل الضوئي إلى استخدام الكربون الخفيف. ولذلك فإن نسبة الكربون 13 إلى الكربون 12 في الكائنات الحية أقل منها في ثاني أكسيد الكربون الأولي، وهو نتاج النشاط البركاني. النسبة الأولية هي 1% كربون-13 و99% كربون-12. وإذا دُفنت المادة العضوية، تصبح مياه المحيط "ثقيلة"، وكذلك الكربونات التي تغوص من هذه المياه. وعلى العكس من ذلك، إذا تم أكسدة المادة العضوية، فإن الماء يحتفظ بقيمته الأولية. وفي حالة أكسدة كمية كبيرة من المواد العضوية المدفونة، يمكن أن تنخفض النسبة إلى قيم سالبة («سالب» يعني التخصيب في النظير الخفيف و«إيجابي» - التخصيب في النظير الثقيل). تتضمن أكسدة كمية كبيرة من المواد العضوية المدفونة انخفاضًا في تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي.
ومن أجل تحليل جوهر تغير المناخ، من المهم دراسة الموقع الجغرافي للصفائح، والقارات الموجودة بداخلها، وقت الحدث. يتم تحديد الموقع بالطريقة المغناطيسية القديمة: عندما يبرد المعدن المغناطيسي إلى ما دون نقطة كوري (500 درجة مئوية)، يتم "تجميد" اتجاهاته المغناطيسية وفقًا للمجال المغناطيسي في ذلك الوقت. وبما أن اتجاه المجال المغناطيسي للأرض يتغير بمرور الوقت، وبما أننا نعرف ما كان عليه هذا الاتجاه في نقاط زمنية مختلفة، فإن اتجاه المجال المغناطيسي، كما هو محفوظ في الصخور التي تصلبت في نقطة زمنية معينة، يسمح لنا تحديد موقع الصفائح التكتونية في ذلك الوقت.

لمزيد من القراءة:
www-eps.harvard.edu
بيث، م.، 1972، جيولوجيا وسط غرب تيغري: جامعة بون، 159 ص.
بيث، م.، أفيجاد، د.، ويتزل، هو، ماثيوز.، أ. وبيرهي. SM، 2003، استخراج الجثث القشرية ومؤشرات للأرض كرة الثلج في منطقة شرق أفريقيا الأوروجين: شمال إثيوبيا وشرق إريتريا: أبحاث ما قبل الكمبري 123: 187-201.
إيفانز، داد، 2000، القيود الطبقية والجيوكرونولوجية والمغناطيسية القديمة على التناقض المناخي لعصر الطلائع الحديثة: المجلة الأمريكية للعلوم 300؛347-433.
Harland، WB and Rudwick، MJS، 1964، العصر الجليدي العظيم تحت الكامبري: الخيال العلمي. ص، 211: 28-36.
هوفمان، بي إف وشراج، دي بي، 2000، كرة الثلج الأرض: أمريكا العلمية، ص. 50-57.
ستيرن، آر جيه، 1994، تجميع القوس والاصطدام القاري في جبال شرق إفريقيا الحديثة في حقب الحياة الأولية: الآثار المترتبة على توحيد غوندوانالاند: آن. القس. كوكب الأرض. الخيال العلمي. 22: 319-351.
.

<< السيرة الذاتية >>
د. مايكل بات هو باحث في هيئة المسح الجيولوجي الإسرائيلية.
دوف أفيغاد هو أستاذ في معهد علوم الأرض، الجامعة العبرية في القدس.