تم نشر هذه المقالة أصلا في إيوس. ساهم المنشور بالمقال في موقع Space.com أصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.
تجمدت الأرض منذ أكثر من 717 مليون سنة. وتسلل الجليد من القطبين إلى خط الاستواء، واختنقت البحار تحت الجليدية المظلمة بدون ضوء الشمس اللازم لعملية التمثيل الضوئي. أرض أصبح عالمًا غريبًا لا يمكن التعرف عليه – “الأرض كرة الثلج“، حيث كان الماء أبرد من التجمد.
في اتصالات الطبيعة، أفاد الباحثون أول درجة حرارة تم قياسها للبحر من حلقة الأرض كرة الثلج: -15 درجة مئوية ± 7 درجة مئوية. إذا صمد هذا الرقم، فستكون هذه هي أبرد درجة حرارة بحر يتم قياسها في تاريخ الأرض.
وقال “نحن نتعامل مع المحاليل الملحية المالحة”. روس ميتشل، جيولوجي في معهد الجيولوجيا والجيوفيزياء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم. وأضاف: “هذا بالضبط ما تراه في القارة القطبية الجنوبية اليوم”، باستثناء أن المياه المالحة الموجودة في كرة الثلج على الأرض كانت أكثر برودة قليلاً حتى من المياه المالحة التي تبلغ درجة حرارتها -13 درجة مئوية في بحيرة فيدا المغطاة بالجليد في القارة القطبية الجنوبية اليوم.
الحديد الماضي
كانت كرة الثلج الستيرتيانية بمثابة كارثة مناخية جامحة حدثت لأن الجليد يعكس ضوء الشمس أكثر من الأرض أو الماء. لقد عكس الجليد ضوء الشمس، مما أدى إلى تبريد الكوكب، مما أدى إلى تكوين المزيد من الجليد، مما عكس المزيد من ضوء الشمس وما إلى ذلك، حتى انتهى الأمر بالعالم كله مدفونًا تحت الأنهار الجليدية التي كان من الممكن أن يصل سمكها إلى كيلومتر واحد.
ترك هذا الوقت غير العادي وراءه صخورًا غير عادية: تكوينات حديدية حمراء صدئة تراكمت حيث تلتقي الأنهار الجليدية القارية بالبحار المغطاة بالجليد. ولقياس درجة حرارة الأرض على شكل كرة الثلج، ابتكر الفريق طريقة جديدة لاستخدام هذا الحديد كمقياس حرارة.
تتراكم تكوينات الحديد في الماء الغني بالحديد المذاب. يحول الأكسجين شكل الحديد “الحديديك” المخضر الذي يذوب بسهولة إلى حديد “حديدي” أحمر صدئ يبقى صلبًا. وهذا هو السبب في أن جميع التكوينات الحديدية تقريبًا قديمة، وهي آثار تعود إلى فترة ما قبل أن يبدأ الغلاف الجوي للأرض بالامتلاء بالأكسجين منذ حوالي 2.4 مليار سنة، أو من الأرض الكروية الثلجية الأحدث، عندما كانت البحار مغلقة تحت الجليد. نظرًا لعدم قدرتها على امتصاص الأكسجين من الهواء أو من عملية التمثيل الضوئي، فإن مياه البحر المظلمة المغطاة بالجليد على الأرض تستنزف الأكسجين.
الحديد-56 هو نظير الحديد الأكثر شيوعًا، لكن الحديد-54 الأخف يصدأ بسهولة أكبر. لذلك عندما يصدأ الحديد في المحيط، يتم إثراء الحديد المذاب المتبقي في النظائر الأثقل. على مدى العديد من دورات الصدأ الجزئي المحدود -مثل ما حدث على الأرض الأركية التي تعاني من نقص الأكسجين- ينمو هذا التخصيب، ولهذا السبب تحتوي التكوينات الحديدية القديمة على حديد ثقيل جدًا نظيريًا مقارنة بمعادن الحديد التي تشكلت بعد الغلاف الجوي للأرض والمحيطات المملوءة بالأكسجين.
إن حديد كرة الثلج الأرضي ثقيل أيضًا، حتى أكثر من التكوينات الحديدية من الماضي البعيد قبل الأكسجين. أدرك الباحثون أن درجة الحرارة يمكن أن تكون التفسير: معادن الحديد التي تتشكل في الماء البارد ينتهي بها الأمر إلى أن تكون أثقل من الخارج. لا نعرف بالضبط مدى سخونة الجو عندما تراكمت التكوينات الحديدية القديمة، ولكن من المرجح أنه كان أكثر دفئًا مما كان عليه خلال الأرض الكروية الثلجية، عندما وصلت الأنهار الجليدية إلى خط الاستواء. وباستخدام تقدير سابق قدره 25 درجة مئوية لدرجة حرارة مياه البحر الأركي، حسب الفريق أن المياه التي شكلت التكوينات الحديدية للأرض على شكل كرة الثلج من المحتمل أن تكون أبرد بمقدار 40 درجة مئوية.
وقال عالم الكيمياء الجيولوجية: “إنها طريقة جديدة ومثيرة للاهتمام للغاية للحصول على شيء مختلف من بيانات نظائر الحديد”. آندي هيرد من معهد وودز هول لعلوم المحيطات، ولم يشارك في الدراسة. “إنه موقف مضحك ومتخلف أن تكون في مكان تستخدم فيه صخورًا أقدم كخط أساس لفهم شيء تشكل قبل 700 مليون سنة.”
ويرجع ذلك جزئيًا إلى هذا الوضع المتخلف، ويعتقد هيرد أنه من الأفضل تفسير الدراسة من الناحية النوعية كدليل قوي على أن مياه البحر كانت باردة حقًا، ولكن ربما ليس على أنها كانت بالضبط -15 درجة مئوية.
قام الفريق أيضًا بتحليل نظائر السترونتيوم والباريوم لتحديد أن مياه البحر على الأرض أكثر ملوحة بما يصل إلى 4 مرات من المحيط الحديث. يوخن بروكس وقال من الجامعة الوطنية الأسترالية، والذي لم يشارك في الدراسة، إن نتائج الباحثين تتوافق مع تحليله الخاص للملوحة لرواسب كرة الثلج الأرضية من أستراليا بناءً على طريقة مختلفة. تشكلت تلك الصخور في محلول ملحي يعتقد بروكس أنه كان مالحًا بدرجة كافية للوصول إلى -7 درجة مئوية قبل التجمد. وقال إن مجموعة أخرى توصلت إلى نتيجة مماثلة باستخدام أساليب مختلفة تجعل هذا السيناريو المتطرف يبدو أكثر قبولا.
وقال: “كان من الرائع للغاية الحصول على تأكيد إضافي، كان الجو باردًا جدًا بالفعل”.
اقرأ المادة الأصلية في EOS.org.
التعليقات