تغير المناخ عبر الزمن الجيولوجي

ما هي مناخات حقب الحياة الحديثة؟

خضع نظام الأرض لتغييرات جذرية طوال تاريخه البالغ 4.5 مليار سنة، وقد تضمنت هذه التغيرات المناخية المتنوعة في الآليات والمقادير والمعدلات والعواقب، إن العديد من هذه التغييرات السابقة غامضة ومثيرة للجدل، وقد تم اكتشاف بعضها مؤخراً فقط، ومع ذلك فقد تأثر تاريخ الحياة بشدة بهذه التغييرات، والتي غيّر بعضها مسار التطور بشكل جذري، تعتبر الحياة نفسها عاملاً مسبباً لبعض هذه التغييرات، حيث أن عمليات التمثيل الضوئي والتنفس قد شكلت إلى حد كبير كيمياء الغلاف الجوي للأرض والمحيطات والرواسب.

إن عصر حقب الحياة الحديثة (الذي يشمل 65.5 مليون سنة الماضية، هو الوقت الذي انقضى منذ حدث الانقراض الجماعي، حيث هذا الانقراض قد تم في نهاية العصر الطباشيري)، لديه نطاق واسع من التغيرات المناخية التي تتميز بفترات متناوبة من الاحتباس الحراري والتبريد، وشهدت الأرض الدفء الشديد والبرودة الشديدة خلال هذه الفترة، كانت هذه التغييرات مدفوعة بالقوى التكتونية، التي غيرت مواقع وارتفاعات القارات بالإضافة إلى ممرات المحيط وقياس الأعماق، ويتم التعرف بشكل متزايد على ردود الفعل بين المكونات المختلفة لنظام الأرض (الغلاف الجوي والغلاف الحيوي والغلاف الصخري والغلاف الجليدي والمحيطات في الغلاف المائي) على أنها تأثيرات على المناخ العالمي والإقليمي.

على وجه الخصوص تباينت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بشكل كبير خلال حقب الحياة الحديثة لأسباب غير مفهومة جيداً، على الرغم من أن تذبذبها يجب أن يتضمن ردود فعل بين مجالات الأرض.

يتضح التأثير المداري أيضاً في حقب الحياة الحديثة، على الرغم من أنه عند مقارنتها بمثل هذا النطاق الزمني الواسع على مستوى العصر، يمكن اعتبار التغيرات المدارية على أنها تذبذبات مقابل خلفية متغيرة ببطء للاتجاهات المناخية ذات التردد المنخفض، وتطورت أوصاف الاختلافات المدارية وفقًا للفهم المتزايد للتغيرات التكتونية والكيميائية الحيوية، يشير النمط الناشئ من الدراسات المناخية القديمة الحديثة إلى أن التأثيرات المناخية للانحراف اللامركزي والمبادرة والميل المحوري، قد تم تضخيمها خلال المراحل الباردة من حقب الحياة الحديثة، في حين تم تخفيفها خلال المراحل الدافئة.

تغييرات فيما بعد نهاية العصر الطباشيري:

جاء تأثير النيزك الذي حدث في نهاية العصر الطباشيري أو قريباً جداً منه في وقت الاحتباس الحراري، والذي استمر في أوائل حقب الحياة الحديثة، حدثت النباتات والحيوانات الاستوائية وشبه الاستوائية في خطوط العرض العالية حتى ما لا يقل عن 40 مليون سنة مضت، وقد أشارت السجلات الجيوكيميائية للرواسب البحرية إلى وجود محيطات دافئة، كما حدثت فترة درجة الحرارة القصوى خلال أواخر العصر الباليوسيني وأوائل عصر الإيوسين (58.7 مليون إلى 40.4 مليون سنة مضت).

حدثت أعلى درجات حرارة عالمية في حقب الحياة الحديثة خلال العصر الحراري الأقصى للباليوسين والإيوسين (PETM)، وهي فترة قصيرة تدوم حوالي 100000 عام، على الرغم من عدم وضوح الأسباب الكامنة وراء ذلك، إلا أن بداية فترة بيتم قبل حوالي 56 مليون سنة كانت سريعة، وحدثت في غضون بضعة آلاف من السنين، كما كانت العواقب البيئية كبيرة، ومع انقراضات واسعة النطاق في كل من النظم البيئية البحرية والبرية، زادت درجات حرارة سطح البحر والهواء القاري بأكثر من 5 درجات مئوية (9 درجات فهرنهايت) أثناء الانتقال إلى بيتم.

قد تكون درجات حرارة سطح البحر في القطب الشمالي على خطوط العرض العليا دافئة، وتصل إلى 23 درجة مئوية (73 درجة فهرنهايت)، وهو ما يماثل درجات الحرارة شبه الاستوائية والبحار الدافئة المعتدلة، وبعد فترة بيتم انخفضت درجات الحرارة العالمية إلى مستويات ما قبل فترة بيتم، لكنها ارتفعت تدريجياً إلى مستويات قريبة من بيتم على مدى ملايين السنين القليلة التالية خلال فترة تُعرف باسم إيوسين أوبتيموم، أعقب درجة الحرارة القصوى هذه انخفاض مطرد في درجات الحرارة العالمية نحو حدود الإيوسين أوليغوسين، والتي حدثت منذ حوالي 33.9 مليون سنة.

تم تمثيل هذه التغييرات جيداً في الرواسب البحرية وفي سجلات الحفريات من القارات، حيث انتقلت مناطق الغطاء النباتي إلى خط الاستواء، تخضع الآليات الكامنة وراء اتجاه التبريد للدراسة، ولكن من المرجح أن الحركات التكتونية لعبت دوراً مهماً، وشهدت هذه الفترة الافتتاح التدريجي للممر البحري بين تسمانيا والقارة القطبية الجنوبية، تلاه افتتاح ممر دريك بين أمريكا الجنوبية والقارة القطبية الجنوبية، هذا الأخير الذي عزل أنتاركتيكا داخل بحر قطبي بارد، أنتج تأثيرات عالمية على دوران الغلاف الجوي والمحيطات.

تشير الدلائل الحديثة إلى أن انخفاض تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، خلال هذه الفترة ربما يكون قد بدأ في اتجاه تبريد ثابت وغير قابل للانعكاس على مدى ملايين السنين القليلة القادمة.

تشكلت صفيحة جليدية قارية في أنتاركتيكا خلال حقبة أوليغوسين، واستمرت حتى حدث الاحترار السريع قبل 27 مليون سنة، كانت أواخر أوليجوسين وأوائل إلى منتصف العصر الميوسيني (28.4 مليون إلى 13.8 مليون سنة) دافئة نسبياً، وإن لم تكن دافئة تقريباً مثل عصر الإيوسين، استؤنف التبريد قبل 15 مليون عام، وتوسعت الطبقة الجليدية في القطب الجنوبي مرة أخرى لتغطي معظم القارة، كما استمر اتجاه التبريد خلال أواخر العصر الميوسيني وتسارع إلى أوائل عصر البليوسين، قبل 5.3 مليون سنة.

خلال هذه الفترة، ظل نصف الكرة الشمالي خالياً من الجليد، وأظهرت دراسات علم النباتات القديمة وجود فلورات بليوسين معتدلة البرودة عند خطوط العرض العليا في جرينلاند وأرخبيل القطب الشمالي، كان التجلد الجليدي في نصف الكرة الشمالي، الذي بدأ منذ 3.2 مليون سنة، مدفوعاً بأحداث تكتونية، مثل إغلاق ممر بنما البحري ورفع جبال الأنديز وهضبة التبت والأجزاء الغربية من أمريكا الشمالية، وأدت هذه الأحداث التكتونية إلى تغيرات في دوران المحيطات والغلاف الجوي، والتي بدورها عززت تطور الجليد الدائم عند خطوط العرض الشمالية العليا، يُعتقد أيضاً أن الاختلافات الصغيرة في تركيزات ثاني أكسيد الكربون، والتي كانت منخفضة نسبياً منذ منتصف أوليجوسين (قبل 28.4 مليون سنة) على الأقل، قد ساهمت في هذا التجلد.

مناخات دهر الحياة:

شهد دهر دهر الحياة (منذ 542 مليون سنة حتى الوقت الحاضر)، والذي يتضمن النطاق الكامل للحياة المعقدة متعددة الخلايا على الأرض، مجموعة غير عادية من الحالات والتحولات المناخية، إن العصور القديمة المطلقة للعديد من هذه الأنظمة والأحداث تجعل من الصعب فهمها بالتفصيل، ومع ذلك فإن عدداً من الفترات والتحولات معروفة جيداً، وذلك بسبب السجلات الجيولوجية الجيدة والدراسة المكثفة من قبل العلماء.

علاوة على ذلك يظهر نمط متماسك من التباين المناخي منخفض التردد، حيث يتناوب نظام الأرض بين المراحل الدافئة (الدفيئة) والمراحل الباردة (بيت الجليد)، وتتميز المراحل الدافئة بارتفاع درجات الحرارة وارتفاع مستويات البحر وغياب الأنهار الجليدية القارية، كما تتميز مراحل البرودة بدورها بدرجات حرارة منخفضة، وانخفاض مستويات سطح البحر ووجود طبقات جليدية قارية، على الأقل عند خطوط العرض العالية، تُركب على هذه البدائل اختلافات ذات تردد أعلى، حيث يتم تضمين فترات البرودة في مراحل الاحتباس الحراري ويتم تضمين فترات الدفء في مراحل بيت الجليد.

على سبيل المثال تطورت الأنهار الجليدية لفترة وجيزة (ما بين مليون إلى عشرة ملايين من السنين) خلال أواخر العصر الأوردوفيشي وأوائل العصر السيلوري، في منتصف مرحلة الدفيئة الباليوزوية المبكرة (542 مليون إلى 350 مليون سنة مضت)، وبالمثل حدثت الفترات الدافئة مع التراجع الجليدي خلال الفترة الباردة المتأخرة من حقب الحياة الحديثة خلال أواخر أوليجوسيني وعصر الميوسين المبكر.

كان نظام الأرض في مرحلة بيت الجليد على مدار الثلاثين مليون إلى 35 مليون سنة الماضية، منذ تطور الصفائح الجليدية في القارة القطبية الجنوبية، حدثت مرحلة البيت الجليدي الرئيسية السابقة بين حوالي 350 مليون وبين 250 مليون سنة، خلال الفترتين الكربونية والبيرمي في أواخر العصر الباليوزويك، وقد تم تحديد الرواسب الجليدية التي تعود إلى هذه الفترة في معظم أنحاء إفريقيا، وكذلك في شبه الجزيرة العربية وأمريكا الجنوبية وأستراليا والهند والقارة القطبية الجنوبية، في ذلك الوقت كانت كل هذه المناطق جزءاً من (Gondwana)، وهي شبه قارة عملاقة تقع على خطوط العرض العليا في نصف الكرة الجنوبي.

امتدت الأنهار الجليدية فوق جندوانا إلى خط عرض 45 درجة جنوبا على الأقل، على غرار خط العرض الذي وصلت إليه الصفائح الجليدية في نصف الكرة الشمالي خلال العصر الجليدي، وامتدت بعض الأنهار الجليدية المتأخرة من العصر الباليوزوي إلى أبعد من ذلك في جناح خط الاستواء، أي حتى 35 درجة جنوباً، واحدة من السمات الأكثر لفتاً للانتباه في هذه الفترة الزمنية هي (cyclothems)، وتكرار الطبقات الرسوبية من الحجر الرملي والصخر الصخري والفحم والحجر الجيري.

تتداخل رواسب الفحم الكبيرة في منطقة الأبلاش بأمريكا الشمالية والغرب الأوسط الأمريكي وشمال أوروبا في هذه الأعاصير الحلقية، والتي قد تمثل تجاوزات متكررة (تنتج الحجر الجيري) وتراجع (إنتاج الصخر الزيتي والفحم) لشواطئ المحيطات استجابة للتغيرات المدارية.

حدثت أهم مرحلتين دافئتين في تاريخ الأرض خلال حقبة الدهر الوسيط وأوائل حقب الحياة الحديثة، (ما يقرب من 250 مليون إلى 35 مليون سنة)، والعصر القديم والمتوسط ​​من حقب الحياة القديمة (ما يقرب من 500 مليون إلى 350 مليون سنة مضت)، كانت مناخات كل فترة من فترات الدفيئة هذه متميزة؛ لذلك كانت المواقع القارية وقياس الأعماق في المحيطات مختلفة تماماً، وكانت النباتات الأرضية غائبة عن القارات حتى وقت متأخر نسبياً في فترة الدفء الباليوزويك، شهدت كلتا الفترتين تغيرات وتغيرات مناخية كبيرة طويلة الأجل؛ لذلك تشير الدلائل المتزايدة إلى حدوث فترات جليدية قصيرة خلال منتصف الدهر الوسيط.