شجرة عمرها ٤٢,٠٠٠ سنة, كانت شاهداً على إنقلاب المجال المغناطيسي للأرض
قبل عدة سنوات, أكتشف عمال إنشاء محطة طاقة في نيوزيلندا جذع وزنه ٦٠ طنًا من شجرة kauri, أكبر أنواع الأشجار في نيوزيلندا, تم حفظ الشجرة, التي نمت قبل ٤٢,٠٠٠ عام, في مُستنقع وامتدت حلقات النمو فيها ( ١,٧٠٠ سنة ), لتلتقط هذه الحلقات ما كان يبدو وقتًا مضطربًا حيث أنقلب المجال المغناطيسي للأرض
شجرة عمرها ٤٢,٠٠٠ سنة, كانت شاهداً على إنقلاب المجال المغناطيسي للأرض
أفاد فريق من العلماء لـ مجلة Science
” أن مستويات الكربون المشع في العديد من القطع الخشبية تشير ألى ارتفاعًا في الإشعاع من الفضاء, حيث ضَعَفَ المجال المغناطيسي الواقي للأرض وانقلب قُطبيه “
من خلال إستخدام النماذج الرياضية لدراسة تأثير هذا الإشعاع على الغلاف الجوي, يعتقد الفريق
” أن مناخ الأرض قد تغير لفترة وجيزة, وربما ساهم في إختفاء الثدييات الكبيرة في أستراليا وإنسان نياندرتال في أوروبا “
يقول آلان كوبر, باحث الحمض النووي في متحف جنوب أستراليا وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة
” إننا نبحث عن أبرة في كومة قش لفهم ما أحدثه التغيير للمجال المغناطيسي للأرض “.
” لا يقتصر دور الدراسة على تحديد توقيت وحجم التغير المغناطيسي, وهو الأحدث في تاريخ الأرض فحسب, بل إنها أيضًا من بين ألاولى التي تقدم حالة موثوقة, وإن كانت تخمينية, بأن هذه التقلبات ( في المجال المغناطيسي ) يمكن أن تؤثر على المناخ العالمي “
كوينتين سايمون, عالم المغناطيسية في المركز الأوروبي للبحوث والتدريس في علوم الأرض البيئية في إيكس إن بروفانس, فرنسا.
لكن بعض علماء المناخ القديم يشككون في مزاعم الفريق الأوسع نطاقًا, قائلين إن السجلات الأخرى تظهر القليل من آثار الاضطرابات المناخية.
يتم تشكيل المجال المغناطيسي للأرض من خلال تدفق الحديد المنصهر في اللب الخارجي, وهو عرضة للتقلبات الفوضوية التي لا تضعف المجال فحسب, بل تتسبب أيضًا في تمايل القطبين وفي بعض الأحيان ( أنقلابهما ) بالكامل.
تسجل الاتجاهات المغناطيسية للمعادن في الصخور انعكاسات طويلة الأمد, لكنها لا تستطيع التقاط تفاصيل الإنقلاب الذي استمر لمئات السنين, مثل تلك التي حدثت قبل ٤٢,٠٠٠ عام.
ومع ذلك, يمكن للكربون المشع ١٤ تحديد هذه التقلبات ( في المجال المغناطيسي ) الأقصر.
يتكون نظير الكاربون عندما تنزلق الأشعة الكونية ( وهي جسيمات مشحونة من الفضاء الخارجي ) عبر المجال المغناطيسي للأرض, لتضرب الغلاف الجوي.
يدخل هذا النظير لإجسام الكائنات الحية, وبسبب عمر النصف الكبير, والمعروف بشكل دقيق, يجعله ساعة قياس للزمن ( التأريخ )
استخدم الفريق الكربون المشع لتحديد عمر خشب الكاوري من خلال المقارنة بسجلات كهوف دقيقة من الصين.
ومن خلال قياس التغيرات الدقيقة في الكربون -١٤ في الحلقات, قاموا بتتبع كيفية تباين ( وجوده ) على مدار ٤٠ عامًا, مع إنحسار المجال المغناطيسي وارتفاعه.
يقول لورانس إدواردز, عالم الكيمياء الجيولوجية في جامعة مينيسوتا, توين سيتيز, الذي عمل في سجلات الكهوف الصينية
” إنه لأمر مدهش أن ترجع بالزمن مرة أخرى قبل ٤٢,٠٠٠ عام “.
أشارت ( الإرتفاعات ) في الكربون المشع إلى ( ضعف ) المجال المغناطيسي إلى حوالي ٦ ٪ من قوته الحالية قبل ( ٤١,٥٠٠ سنة ) مضت.
اليسار : المجال المغناطيسي الحالي
اليمين : المعكوس
في تلك المرحلة ( ٤١,٥٠٠ سنة ) أنقلب القطبان واستعاد الحقل بعض قوته, قبل أن ينهار ويتراجع بعد ٥٠٠ عام مرة أخرى.
لاحظ كوبر أن إنهيار الدرع المضاد للأشعة الكونية ليس في ألأرض فقط, لكن ألشمس أيضًا.
تشير الدلائل المستمدة من عينات اللب الجليدية
” إلى أن الشمس كانت تشهد, في نفس الوقت تقريبًا, أنخفاضا كبيرا في النشاط المغناطيسي “
يقول كوبر
” دفع هجوم الأشعة الكونية الناتج, الغلاف الجوي إلى مستوى, كان من شأنه أن يقضي على شبكة الطاقة الحالية ويخلق الشفق القطبي في المناطق شبه الاستوائية ( في العادة الشفق القطبي في الشمال فقط ) ”
” ماذا يحدث عندما يتأين الغلاف الجوي؟ ”
“الله وحده يعلم ماذا يحدث لنا
“
( الورقة البحثية هي الأولى التي يقودها كوبر منذ أن طُرد في عام ٢٠١٩, من جامعة أديليد, أستراليا, بعد مزاعم بأنه أستخدم التنمر ضد الموظفين والطلاب, وقد نفى كوبر هذه المزاعم ).
من أجل الكشف عن العواقب التي سببها إنقلاب ألاقطاب المغناطيسية, قام الفريق بتشغيل ( نموذج رياضي للمناخ ), والذي أقترح
” أن قصف الأشعة الكونية من شأنه أن يؤدي إلى تآكل طبقة الأوزون, مما يقلل الحرارة التي تلتقطها عادةً من الأشعة فوق البنفسجية “
( كان من الممكن أن يؤدي التبريد على إرتفاعات عالية ( طبقات الجو ) إلى تغيير تدفقات الرياح, والتي ربما أدت بدورها إلى ” تغييرات جذرية ” على السطح, بما في ذلك برودة أمريكا الشمالية وأوروبا الأكثر دفئًا )
مارينا فريدل, عضو الفريق وطالبة الدكتوراه في كيمياء طبقة ( الستراتوسفير ) في زيورخ .
يقول علماء آخرون أن الدراسة تكهنية للغاية.
تلتقط عينات اللب الجليدية من غرينلاند والقارة القطبية الجنوبية التي تمتد على مدى ١٠٠,٠٠٠ عام الماضية تقلبات شديدة في درجات الحرارة كل بضعة آلاف من السنين.
لكنهم لم يظهروا أي تحولات قبل ٤٢,٠٠٠ سنة.
تظهر بعض سجلات المحيط الهادئ تقلبات.
ولكن حتى لو حدث التحول في الغالب في المناطق المدارية, كما يقترح كوبر وزملاؤه, فإنه ينبغي رؤيته في الجليد
يقول أندرس سفينسون ,عالم الجليد في جامعة كوبنهاغن.
” لا نرى ذلك في لب الجليد في غرينلاند “
يذهب فريق الدراسة إلى أبعد من ذلك ليقول
” إن التحول المناخي يمكن أن يكون مسؤولاً عن سلسلة من الأحداث المثيرة منذ ٤٢,٠٠٠ عام “
وعلى وجه الخصوص, انقرضت الثدييات الكبيرة في أستراليا في ذلك الوقت تقريبًا.
اختفى إنسان نياندرتال من أوروبا, وبدأت رسومات الكهوف المتقنة تظهر في أوروبا وآسيا.
يقول توماس هيغام, عالم الآثار وخبير الكربون المشع في جامعة أكسفورد
” إن أيًا من المعالم البارزة في التطور البشري لا يتماشى جيدًا مع الانقلاب قبل ٤٢,٠٠٠ عام, ولم يكن أي منهما مفاجئًا “
ويقول
إن ربطهم ( مؤلفي الدراسة ) بإنعكاس المجال
” يبدو لي أنهم يحتجون بالأدلة هذه أكثر مما تظهر في الحقيقة “.
>>>><<<<
كيف تتم عملية الكشف عن تأريخ الحفريات أو عمر الصخور بإستخدام الكاربون ؟
الكاربون هو أحد العناصر الكيميائية, إلى جانب الهيدروجين, النيتروجين , الأوكسجين, الفوسفور والكبريت
يعتبر الكاربون أساس للجزيئات الكيميائية الحيوية التي تتراوح من الدهون والبروتينات والكربوهيدرات إلى المواد الفعالة مثل الهرمونات.
تحتوي جميع ذرات الكاربون على نواة تحتوي على ستة بروتونات.
٩٩ ٪ منها تحتوي أيضًا على ستة نيوترونات.
يقال لـ ذرات الكاربون التي تحتوي على ( ٦ بروتونات + ٦ نيوترونات ) بأن لها كتلة ( ١٢ / الذي هو عدد الكتلة ), ويشار إليه بإسم – ( كاربون – ١٢ )
لا تحتوي نوى النسب المتبقية من ذرات الكاربون على ستة , ولكن سبعة أو ثمانية نيوترونات بالإضافة إلى البروتونات الستة القياسية, لذلك يصبح عدد الكتلة ( ١٣ و ١٤ ), على التوالي, ويشار إليهم باسم ” الكاربون ١٣ ” و “الكاربون ١٤ “.
إذا كانت ذرتان تحتويان على عدد متساوٍ من البروتونات ولكنهما يختلفان في عدد النيوترونات, يُقال أن إحداهما ” نظير / أيزوتوپ isotope ” للأخرى.
وبالتالي فإن الكاربون-١٣ والكاربون-١٤, هما نظائر الكاربون-١٢.
تشارك النظائر في نفس التفاعلات الكيميائية ولكن في كثير من الأحيان بمعدلات مختلفة.
عندما يتم التحدث عن النظائر على وجه التحديد, يتم كتابة الرمز الكيميائي وعدد الكتلة
كل من كاربون-١٣ وكاربون-١٤ موجودان في الطبيعة.
الأول يمثل حوالي ١ ٪ من إجمالي الكاربون الكلي
تختلف وفرة كاربون-١٤ ( جزء واحد لكل تريليون, مستوى صغير, لكن قابل للقياس) وصولاً إلى الصفر.
توجد أعلى وفرة من كاربون-١٤, في ثاني أكسيد الكاربون في الغلاف الجوي
على عكس كاربون-١٢, كاربون-١٣, نظير الكاربون-١٤ ( غير مستقر ).
نتيجة لذلك, فإنه يخضع دائمًا للأضمحلال ( Decay ) الإشعاعي الطبيعي في حين أن وفرة النظائر الأخرى لا تتغير.
يتواجد نظير الكاربون -١٤ بكثرة في ثاني أكسيد الكاربون الموجود في الغلاف الجوي لأنه ينتج باستمرار عن طريق الاصطدام بين ذرات النيتروجين والأشعة الكونية في الحدود العليا للغلاف الجوي.
معدل إضمحلال نظير الكاربون-١٤ ثابت تمامًا.
بالنظر إلى أي مجموعة من ذرات نظير الكاربون-١٤, فإن نصفها ( عمر النصف ) سوف يتحلل خلال ٥,٧٠٠ عام.
نظرًا لأن هذا المعدل بطيء بالنسبة لحركة الكاربون عبر سلاسل الغذاء ( من النباتات إلى الحيوانات إلى البكتيريا), فإن كل الكاربون الموجود في الكتلة الحيوية على سطح الأرض يحتوي على مستويات جوية لنظير كاربون-١٤.
ومع ذلك, بمجرد أن ( يضمحل ) أي كاربون من دورة العمليات البيولوجية, على سبيل المثال, من خلال الدفن في الوحل أو التربة, تبدأ وفرة نظير الكاربون-١٤ في الانخفاض.
بعد ٥,٧٠٠ سنة أخرى, بقي نصف النصف السابق.
بعد ٥,٧٠٠ سنة أخرى بقي نصف – نصف – النصف السابق ( ربع ).
هذه العملية… التي تستمر حتى لا تبقى أي نسبة لنظير كاربون-١٤, وهي أساس لعملية معرفة التأريخ بإستخدام نظير الكاربون-١٤.
يقال إن العينة التي لم يعد من الممكن اكتشاف نظير كاربون-١٤ فيها تعتبر “ميتة “.
يقدم النفط, الفحم… مثالًا شائعًا.
وهي بالاصل مشتقة من الكاربون, لكن التحولات التي حدثت عليها وحولت المواد العضوية لنفط, بالحرارة والضغط والزمن, أو الخشب الى فحم, لدرجة أن التحول البطيء جدا يجعل حتى الترسبات الحديثة ( لاتحتوي على أي نسب كاربون-١٤ )
وبالتالي, فإن وفرة نظير الكاربون-١٤ في الجزيء العضوي توفر معلومات حول مصدر الكاربون.
في حالة وجود نظير الكاربون-١٤لمستويات الغلاف الجوي, يجب أن يُشتق الجزيء من منتج نباتي حديث.
قد يكون المسار من النبات إلى الجزيء غير مباشر أو طويل, ويتضمن عمليات فيزيائية وكيميائية وبيولوجية متعددة.
تتأثر مستويات نظير الكاربون-١٤ بشكل كبير بمرور الوقت فقط.
إذا كان الجزيء لا يحتوي على نظير الكاربون-١٤, فيجب أن يكون مشتقًا من مادة بتروكيماوية أو من مصدر قديم آخر.
يمكن أن تمثل المستويات المتوسطة من نظير الكاربون-١٤ إما مزيجًا من الكاربون الحديث والميت أو الكاربون الذي تم تثبيته من الغلاف الجوي منذ أقل من ٥٠,٠٠٠ عام.
غالبًا ما يستخدم الكيميائيون الذين يدرسون البيئات الطبيعية إشارات من هذا النوع.
قد يُشتق الهيدروكربون الموجود في رواسب الشاطئ, على سبيل المثال, من انسكاب النفط أو من الشموع التي تنتجها النباتات.
إذا أظهرت التحليلات النظيرية أن الهيدروكربون يحتوي على نظير الكاربون-١٤ عند مستويات الغلاف الجوي, فهو من نبات.
إذا كانت لا تحتوي على نظير الكاربون-١٤, فهذا ناتج عن انسكاب النفط.
إذا كان يحتوي على مستوى متوسط ، فهو من مزيج من كلا المصدرين.
>>>><<<<
كيف يتم ( قياس نسبة نظير الكاربون-١٤ ) ؟
هناك ثلاث تقنيات رئيسية مستخدمة لقياس محتوى نظير الكاربون-١٤, لأي عينة معينة ؟
* العد التناسبي للغاز Gas Proportional Counting
* عد الومضات السائل Liquid Scintillation Counting
* مقياس الطيف الكتلي للمسرع Accelerator Mass Spectrometry
العد التناسبي للغاز : هو تقنية إشعاعية تقليدية تحسب جسيمات بيتا المُنبعثة من عينة معينة.
جسيمات بيتا هي نِتاج ( أضمحلال Decay) الكاربون المشع, عندما ( يضمحل ..لنسبة معينة بعد ٥,٧٠٠ سنة يطلق أشعة بيتا ).
في هذه الطريقة, يتم تحويل عينة الكاربون أولاً إلى غاز ثاني أكسيد الكاربون قبل إجراء القياس في عدادات الغاز المُتناسب
تعد طريقة عد الومضات السائل, تقنية أخرى للتأريخ بالكاربون المشع كانت شائعة في الستينيات.
في هذه الطريقة, تكون العينة في شكل سائل ويتم إضافة وميض.
ينتج هذا الومض, الضوء عندما يتفاعل مع جسيمات بيتا.
يتم تمرير قارورة مع عينة بين اثنين من ألاجهزة الالكترونية التي تكبر هذه الومضات بأضعاف, وفقط عندما يسجل كلا الجهازين وميض الضوء تقوم عملية العد للومضات ( جزيئات بيتا ).
مقياس الطيف الكتلي للمسرع (AMS) هو طريقة حديثة للتأريخ بالكاربون المشع والتي تعتبر الطريقة الأكثر فعالية لقياس محتوى الكاربون المشع في العينة.
في هذه الطريقة, يتم قياس محتوى الكاربون -١٤, بشكل مباشر بالنسبة إلى الكاربون-١٢ والكاربون-١٣ الموجود.
لا تحسب الطريقة جسيمات بيتا ولكن عدد ذرات الكاربون الموجودة في العينة ونسبة النظائر.
