دانشمندان چگونه آب‌وهوای هزاران سال پیش را بازسازی می‌کنند؟

به گزارش خبرگزاری آگاه؛ وقتی هواشناسان درباره وضعیت آب‌وهوا صحبت می‌کنند، معمولا به داده‌هایی تکیه دارند که ایستگاه‌های هواشناسی، بالن‌های جوی یا ماهواره‌ها ثبت کرده‌اند. اما این اندازه‌گیری‌ها تنها بخش بسیار کوتاهی از تاریخ زمین را پوشش می‌دهند. به نوشته اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA)، برای شناخت اقلیم هزاران یا میلیون‌ها سال پیش، دانشمندان از آنچه «داده‌های پروکسی» (Proxy Data) نامیده می‌شود، استفاده می‌کنند. این داده‌ها، ویژگی‌های فیزیکیِ حفظ‌شده محیط هستند که می‌توانند جایگزین اندازه‌گیری‌های مستقیمی شوند که از گذشته در اختیار نیست؛ ویژگی‌هایی که هنگام شکل‌گیری یا رسوب‌گذاری، اطلاعاتی از شرایط اقلیمی زمان خود را در دل طبیعت ثبت و حفظ کرده‌اند.

«دیوید مک‌گی»، استاد علوم زمین و سیاره‌ای مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT)، می‌گوید: «البته ما ۴۵ میلیون سال ثبت دماسنجی در اختیار نداریم که گذشته اقلیم را برایمان روایت کند». او دیرینه‌اقلیم‌شناسی را «هنرِ آنچه ممکن است» توصیف می‌کند و توضیح می‌دهد که از هزاران سال پیش، تنها شمار محدودی از شواهد طبیعی باقی مانده و از میلیون‌ها سال پیش، این شواهد حتی کمتر هستند. به گفته او، به همین دلیل دانشمندان ناچارند به آرشیوهای طبیعی تکیه کنند؛ پدیده‌هایی که هنگام رشد یا شکل‌گیری، اطلاعاتی از اقلیم پیرامون خود را ثبت کرده‌اند.

اما این آرشیوها چه هستند و چگونه اطلاعات اقلیمی را در خود نگه می‌دارند؟

نخستین شاهد؛ یخی که هوای گذشته را در خود زندانی کرده است

یکی از ارزشمندترین آرشیوهای طبیعی، هسته‌های یخی هستند. به نوشته مرکز ملی داده‌های برف و یخ آمریکا (NSIDC)، برفی که طی صدها یا هزاران سال ذوب نمی‌شود، به‌تدریج روی هم انباشته شده و از برف نرم به لایه‌های متراکم یخ تبدیل می‌شود. در این فرایند، هوای میان دانه‌های برف به‌تدریج درون یخ به دام می‌افتد و حباب‌های بسیار ریزی را شکل می‌دهد که نمونه‌ای از جو زمین در زمان شکل‌گیری همان لایه یخی را حفظ کرده‌اند.

دانشمندان با بررسی این حباب‌ها، غلظت گازهایی مانند دی‌اکسیدکربن و متان را اندازه می‌گیرند و با مطالعه نسبت ایزوتوپ‌های اکسیژن موجود در یخ، دمای گذشته را برآورد می‌کنند. همین اندازه‌گیری‌ها نشان داده است که هسته‌های یخی جنوبگان می‌توانند اطلاعاتی از حدود ۸۰۰ هزار سال گذشته را در اختیار پژوهشگران قرار دهند.

اما یخ فقط بخشی از داستان را روایت می‌کند. این آرشیو عمدتا به مناطق قطبی محدود است و برای شناخت اقلیم دیگر نقاط زمین، دانشمندان باید سراغ شواهد دیگری بروند.

رسوبات؛ ماشین زمانی که لایه‌به‌لایه گذشته را ثبت کرده است

اگر هسته‌های یخی نمونه‌ای از هوای گذشته را حفظ کرده‌اند، رسوبات، تاریخ اقلیم را در لایه‌های خود نوشته‌اند. «دیوید مک‌گی» برای توضیح این ویژگی، تشبیهی به کار می‌برد که شاید از هر تعریف علمی گویاتر باشد. او می‌گوید هرچه پژوهشگران در رسوبات کف اقیانوس‌ها یا دریاچه‌ها عمیق‌تر حفاری کنند، به زمان‌های قدیمی‌تر می‌رسند؛ گویی در یک ماشین زمان به گذشته سفر می‌کنند.

به نوشته سازمان زمین‌شناسی آمریکا (USGS)، پژوهشگران برای شناخت اقلیم گذشته، «مغزه‌های رسوبی» را مطالعه می‌کنند؛ لوله‌هایی بلند که لایه‌های انباشته‌شده گل و بقایای گیاهان را در خود حفظ کرده‌اند. این مغزه‌ها از کف دریاچه‌ها، تالاب‌ها، مصب رودخانه‌ها و اقیانوس‌ها برداشت می‌شوند؛ جایی که ذرات ته‌نشین‌شده، تغییرات محیط پیرامون خود را در طول زمان ثبت کرده‌اند. دانشمندان در این لایه‌ها، دانه‌های گرده، بقایای گیاهان، میکروفسیل‌ها، جلبک‌ها، ذرات زغال، ترکیب عناصر و ایزوتوپ‌های پایدار را بررسی می‌کنند تا تصویری از اقلیم و محیط زمان تشکیل هر لایه به دست آورند؛ از پوشش گیاهی و جانوری گرفته تا میزان بارندگی و حتی نشانه‌هایی از آتش‌سوزی‌های جنگلی یا فوران‌های آتشفشانی.

به گفته «دیوید مک‌گی»، یکی از مهم‌ترین سرنخ‌های موجود در رسوبات، بقایای فسیل‌شده جانداران میکروسکوپی موسوم به «روزن‌داران» (Foraminifera) است؛ پلانکتون‌هایی که میلیون‌ها سال است در اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند و پوسته‌ای از کربنات کلسیم می‌سازند. او توضیح می‌دهد که ترکیب این پوسته‌ها ارتباط بسیار نزدیکی با دمای آب دارد. هرچه دمای آب بیشتر باشد، روزن‌داران هنگام ساخت پوسته، منیزیم بیشتری را وارد ساختار کربنات کلسیمی خود می‌کنند. بنابراین اگر روزن‌داران موجود در یک لایه رسوبی غنی از منیزیم باشند، نشانه آن است که هنگام شکل‌گیری آن لایه، آب اقیانوس گرم‌تر بوده است.

کاربرد این روش تنها به آزمایشگاه محدود نمانده است. در پژوهشی که سال ۲۰۲۶ توسط سازمان بررسی جنوبگان بریتانیا منتشر شد، دانشمندان با بررسی روزن‌داران موجود در رسوبات دریای آموندسن، دمای آب‌های عمیق اقیانوس را تا حدود ۱۸ هزار سال پیش بازسازی کردند. نتایج این پژوهش نشان داد گرم شدن آب‌های اقیانوس با عقب‌نشینی یخ‌های غرب جنوبگان هم‌زمان بوده است؛ نمونه‌ای از اینکه چگونه رسوبات می‌توانند به پرسش‌های امروزی درباره تغییرات اقلیم پاسخ دهند.

حلقه‌های درخت؛ سال‌هایی که روی تنه درخت نوشته شده‌اند

اما همه آرشیوهای اقلیمی در یخ یا کف اقیانوس پنهان نیستند. گاهی یک درخت، بدون آنکه کسی متوجه باشد، دهه‌ها یا حتی قرن‌ها اطلاعات اقلیمی را در تنه خود ذخیره می‌کند.

به نوشته وبگاه Climate.gov وابسته به اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA)، بیشتر درختان هر سال یک حلقه رشد جدید می‌سازند. پهن یا باریک بودن این حلقه‌ها بی‌دلیل نیست؛ در مناطق خشک، معمولا بازتاب میزان بارندگی و در مناطق سرد، بیشتر نشان‌دهنده تغییرات دماست. به همین دلیل، حلقه‌های درختان به یکی از مهم‌ترین ابزارهای بازسازی اقلیم در خشکی‌ها تبدیل شده‌اند.

پژوهشگران برای مطالعه این حلقه‌ها نیازی به قطع درخت ندارند. آن‌ها با استفاده از مته‌ای ویژه، مغزه‌ای باریک از تنه درخت خارج می‌کنند و الگوی حلقه‌های رشد را بررسی می‌کنند. سپس این الگو با داده‌های هواشناسی دوره معاصر مقایسه می‌شود تا مشخص شود هر تغییر در حلقه‌ها با چه تغییری در دما یا بارش ارتباط دارد. پس از این مرحله، همان الگو می‌تواند برای بازسازی اقلیم سال‌هایی به کار رود که هیچ اندازه‌گیری مستقیمی از آن‌ها وجود ندارد.

درختان، اقلیم خشکی‌ها را روایت می‌کنند؛ اما برای شناخت تاریخ آب‌های گرمسیری، دانشمندان به سراغ آرشیو طبیعی دیگری می‌روند؛ مرجان‌ها.

مرجان‌ها؛ دماسنج‌هایی که در دل اقیانوس رشد می‌کنند

یخ، گذشته مناطق قطبی را روایت می‌کند، رسوبات سرگذشت دریاها و دریاچه‌ها را در خود نگه می‌دارند و درختان از تغییرات اقلیم خشکی‌ها خبر می‌دهند؛ اما برای شناخت تاریخ اقیانوس‌های گرمسیری، دانشمندان به آرشیو طبیعی دیگری تکیه می‌کنند: مرجان‌ها.

به نوشته اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA)، مرجان‌ها اسکلت خود را از کربنات کلسیم موجود در آب دریا می‌سازند. این اسکلت به‌تدریج رشد می‌کند و هم‌زمان، ویژگی‌های آب پیرامون خود را در ساختارش ثبت می‌کند. چگالی لایه‌های کربنات کلسیم با تغییر دمای آب، میزان نور و شرایط مواد مغذی تغییر می‌کند و افزون بر آن، ایزوتوپ‌های اکسیژن و مقادیر اندکی از برخی فلزات نیز در اسکلت مرجان‌ها باقی می‌مانند. پژوهشگران با اندازه‌گیری همین ویژگی‌ها می‌توانند دمای آب اقیانوس را در زمان رشد مرجان برآورد کنند و تغییرات اقلیمی گذشته را بازسازی کنند.

چهار شاهد، یک روایت

هر یک از این آرشیوهای طبیعی تنها بخشی از گذشته را روایت می‌کنند. هسته‌های یخی اطلاعاتی از دمای هوا، ترکیب جو و گازهای گلخانه‌ای در اختیار دانشمندان می‌گذارند؛ رسوبات، تغییرات محیط و اقیانوس‌ها را ثبت می‌کنند؛ حلقه‌های درختان، نوسان‌های سالانه دما و بارندگی را نشان می‌دهند و مرجان‌ها تاریخ دمای آب‌های گرمسیری را در خود حفظ می‌کنند. هیچ‌یک از این آرشیوها به‌تنهایی تصویر کاملی از اقلیم گذشته ارائه نمی‌دهند، اما کنار هم قرار گرفتن آن‌ها، قطعه‌های یک پازل بزرگ را کامل می‌کند.

به نوشته وبگاه Climate.gov وابسته به اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA)، دیرینه‌اقلیم‌شناسان نتایج به‌دست‌آمده از چندین داده جانشین را در کنار یکدیگر بررسی و مقایسه می‌کنند. هنگامی که داده‌های به‌دست‌آمده از آرشیوهای طبیعی مختلف، تصویری سازگار از تغییرات اقلیمی گذشته ارائه می‌دهند، اطمینان پژوهشگران به بازسازی آن دوره افزایش می‌یابد.

«دیوید مک‌گی» دیرینه‌اقلیم‌شناسی را «هنرِ آنچه ممکن است» توصیف می‌کند این هنر، در عمل یعنی خواندن نشانه‌هایی که طبیعت طی هزاران و گاه میلیون‌ها سال در یخ، سنگ، چوب و مرجان ثبت کرده است؛ نشانه‌هایی که جای خالی دماسنج‌ها و ایستگاه‌های هواشناسی را پر می‌کنند.

دانشمندان با کنار هم گذاشتن شواهد به‌دست‌آمده از یخ، رسوبات، حلقه‌های درختان و مرجان‌ها، تصویری از اقلیم گذشته زمین بازسازی می‌کنند؛ تصویری که نه بر پایه اندازه‌گیری‌های مستقیم، بلکه بر اساس آرشیوهای طبیعی شکل گرفته است. این آرشیوها، هر یک بخشی از گذشته را حفظ کرده‌اند و در کنار یکدیگر، امکان بازسازی تاریخ اقلیم زمین را فراهم می‌کنند.

از سرنخ تا تصویر؛ بازسازی اقلیم چگونه انجام می‌شود؟

دانشمندان هیچ‌وقت فقط به یک شاهد اعتماد نمی‌کنند. داده‌های به‌دست‌آمده از یخ، رسوبات، حلقه‌های درختان و مرجان‌ها ابتدا جداگانه تجزیه و تحلیل می‌شوند، سپس با یکدیگر و با اندازه‌گیری‌های دوره معاصر مقایسه می‌شوند. اگر چند آرشیو مستقل، تغییر مشابهی را در یک بازه زمانی نشان دهند، اطمینان پژوهشگران به بازسازی آن دوره افزایش پیدا می‌کند. همین رویکرد است که باعث شده بازسازی اقلیم گذشته تنها بر پایه یک مشاهده یا یک نمونه نباشد، بلکه بر مجموعه‌ای از شواهد مستقل استوار شود. به نوشته وبگاه Climate.gov وابسته به اداره ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA)، رکوردهای دیرینه‌اقلیمی زمانی ارزش بیشتری پیدا می‌کنند که اطلاعات به‌دست‌آمده از داده‌های جانشین مختلف و از نقاط گوناگون جهان با یکدیگر مقایسه شوند. مقایسه این داده‌ها نشان داده است که الگوهای تغییر دما در روش‌های مختلف، تا حد زیادی با یکدیگر سازگارند و همین همخوانی، اطمینان دانشمندان را به بازسازی تاریخ اقلیم زمین افزایش می‌دهد.

وقتی پازل کامل می‌شود

بازسازی اقلیم گذشته، در واقع خواندن آرشیوی است که نه انسان، بلکه خود زمین آن را نوشته است. حباب‌های هوای به دام افتاده در یخ، لایه‌های رسوبی، حلقه‌های سالانه درختان و اسکلت مرجان‌ها، هر یک بخشی از این روایت را در خود حفظ کرده‌اند. دانشمندان با کنار هم گذاشتن این آرشیوهای طبیعی و مقایسه اطلاعات به‌دست‌آمده از آن‌ها، تصویری از اقلیم گذشته زمین بازسازی می‌کنند؛ تصویری که نه بر پایه اندازه‌گیری‌های مستقیم، بلکه بر اساس شواهدی شکل گرفته است که طبیعت طی هزاران و گاه میلیون‌ها سال حفظ کرده است.

انتهای خبر/266131/