Astronomical calibration of the Jurassic–Cretaceous transition links cooling, calcification events, and Boreal–Tethyan carbon-cycle decoupling

إن الزمن العميق هو مشهد شاسع وغالباً ما يكون ضبابياً. لطالما عرف الجيولوجيون أن تاريخ الأرض مكتوب في طبقات الصخور، حيث تمثل كل طبقة شريحة من الزمن. وللقراءة هذا التاريخ بدقة، يحتاج العلماء إلى تقويم دقيق، تقويم يمكنه إخبارهم بالضبط متى ترسبت طبقة معينة. بالنسبة للملايين القليلة الأخيرة من السنين، يُبنى هذا التقويم على التذبذب المتوقع لمحور الأرض ومدارها حول الشمس، مما يترك أنماطاً إيقاعية في الرواسب. ومع ذلك، كلما نظرنا إلى الوراء أكثر، إلى عصر الديناصورات، يصبح قراءة هذا التقويم أمراً صعباً. لقد كان الانتقال بين العصرين الجوراسي والطباشيري، قبل حوالي 145 مليون سنة، أحد أكثر الفصول إرباكاً في تاريخ الأرض. إنه زمن من التحولات الكبرى في المناخ، وكيمياء المحيطات، والحياة، ولكن بدون جدول زمني موثوق، كافح العلماء لفهم كيفية ارتباط هذه الأحداث ببعضها أو مدى سرعة حدوثها. هل كان تبريد الكوكب انزياحاً بطيئاً أم هبوطاً مفاجئاً؟ هل تغيرت المحيطات قبل أو بعد تغير المناخ؟ بدون تسلسل واضح، تظل القصة مجزأة.

ولحل هذا اللغز، وجه فريق من الباحثين اهتمامهم إلى امتداد محدد من الصخور في وسط المملكة العربية السعودية. لقد قاموا بحفر لب عميق، واستخراج أسطوانة مستمرة من الحجر الجيري القديم الذي تشكل في قاع بحر ضحل خلال زمن الديناصورات. هذا السجل الصخري، المعروف باسم تكوين السليعي، مكتمل بشكل ملحوظ، حيث يحفظ تسلسلاً طويلاً وغير منقطع من الطبقات من أواخر العصر الجوراسي إلى أوائل العصر الطباشيري. أدرك العلماء أن هذه الصخرة تحمل ساعة خفية. تماماً كما تسجل حلقات الأشجار الفصول، سجلت طبقات هذا القاع البحري القديم النبضات الإيقاعية لمدار الأرض. ومن خلال عد هذه الدورات المدارية، استطاعوا بناء جدول زمني عالي الدقة يسمح لهم أخيراً بتأريخ الصخور بدقة ورؤية ترتيب الأحداث التي شكلت كوكبنا.

بدأ الباحثون بفحص الأحافورات المجهرية المحاصرة داخل الصخر. كانت هذه كائنات حية دقيقة وحيدة الخلية تسمى "النانوفوسيل الكلسية" (calcareous nannofossils)، والتي كانت تطفو في المحيطات القديمة. ومع تغير المناخ وكيمياء المحيطات، تغيرت أنواع هذه الأحافورات أيضاً. وجد الفريق انتقالاً واضحاً: كانت الطبقات السفلى تهيمن عليها أحافورات قديمة من الطراز الجوراسي، بينما امتلأت الطبقات العليا بأنواع جديدة من الطباشيري ذات الدروع الثقيلة. وقد ميز هذا التحول إعادة تنظيم كبرى للحياة المجهرية في المحيطات. ولكن لفهم توقيت هذا التغيير، كانوا بحاجة إلى أكثر من مجرد الأحافورات. فقد قاموا بقياس البصمات الكيميائية للصخر، وتحديداً نسب نظائر الكربون والأكسجين. تعمل هذه النسب كمقياس للحرارة ومقياس لدورة الكربون العالمية، حيث تكشف متى كانت المحيطات تبرد وكيف كان توازن الكربون في الغلاف الجوي يتغير. كما بحثوا في نظائر السترونشيوم، التي تروي قصة حول مقدار الصخور التي تعرضت للتجوية على القارات وانجرفت إلى البحر.

ومع وجود هذه القرائن الكيميائية والبيولوجية في أيديهم، توجه الفريق إلى إيقاع الصخر نفسه. قاموا بتحليل إشارة أشعة غاما للُّب، وهو قياس يكشف عن النشاط الإشعاعي الطبيعي للرواسب. كشفت هذه الإشارة عن نمط متكرر من الطبقات السميكة والرقيقة، مثل النوتة الموسيقية. حدد الباحثون إيقاعاً مهيمناً يتكرر كل بضعة أمتار من الصخر. ومن خلال مقارنة هذا الإيقاع بالدورات المعروفة لمدار الأرض، أدركوا أنهم وجدوا دورة "اللامركزية المدارية" (orbital eccentricity) البالغة 405,000 سنة. هذا تذبذب طويل الأمد في شكل مدار الأرض، وهو بندول مستقر ظل يعمل لمئات الملايين من السنين. ومن خلال عد هذه الدورات (405,000 سنة) من أسفل اللب إلى أعلاه، تمكن الفريق من بناء جدول زمني دقيق. وجدوا أن التسلسل الصخري يمتد لحوالي 12 مليون سنة، مغطياً نهاية العصر الجوراسي وبداية العصر الطباشيري.

سمح لهم هذا الجدول الزمني الجديد بتحديد اللحظة الدقيقة للحد الفاصل بين الفترتين الجيولوجيتين. لقد وضعوا الحد الفاصل بين الجوراسي والطباشيري عند حوالي 143.1 مليون سنة مضت. يساعد هذا التاريخ في حل جدل طويل الأمد، حيث كانت التقديرات السابقة تتباين بشكل كبير. والأهم من ذلك، كشف الجدول الزمني عن تسلسل الأحداث التي وقعت خلال هذه الفترة الحرجة. أظهرت البيانات أن فترة التبريد الكبير، حيث انخفضت درجات الحرارة العالمية واحتمال توسع الصفائح الجليدية عند القطبين، حدثت بين حوالي 146 و140 مليون سنة مضت. وتزامنت مرحلة التبريد هذه مع إشارة غريبة وقوية في الصخر: تأثير معزز لميل محور الأرض، أو ما يعرف بـ "الميل" (obliquity). وبينما يكون لهذا الميل عادةً أقوى تأثير على المناخات في خطوط العرض العليا، وجد الباحثون بصمته مسجلة بوضوح في صخور المناطق الاستوائية في السعودية. وهذا يشير إلى أن التبريد كان شديداً لدرجة أنه ضخم تأثير الميل، مرسلاً إشارات مناخية من الأقطاب وصولاً إلى خط الاستواء.

كما أوضحت الدراسة توقيت حدثين رئيسيين في تاريخ الحياة البحرية، يُعرفان بأحداث "تكلس النانوفوسيل" (nannofossil calcification events). كانت هذه لحظات بدأت فيها الكائنات البحرية الدقيقة فجأة في بناء أصداف أكثر سمكاً وثقلاً، مما أدى إلى زيادة هائلة في إنتاج الصخور الكربوناتية في المحيطات. وجد الباحثون أن هذه الأحداث لم تحدث دفعة واحدة؛ حيث وقع الحد الأول، الذي شمل مجموعة محددة من الكائنات، خلال فترة التبريد، تلاه حدث ثانٍ حيث سيطرت مجموعة أخرى من الأحافورات ذات الدروع الثقيلة. ومن الأهمية بمكان أن الجدول الزمني أظهر أن هذه الانفجارات البيولوجية حدثت بالتزامن مع المناخ المبرد وتحولات محددة في دورة الكربون، بدلاً من كونها حوادث عشوائية أو معزولة. كما كشفت البيانات أن دورة الكربون لم تتصرف بنفس الطريقة في كل مكان؛ فبينما أظهرت المحيطات الاستوائية انخفاضاً تدريجياً وثابتاً في مستويات الكربون، شهدت المحيطات الشمالية الأكثر برودة تقلبات أكثر حدة. هذا "الانفصال" يشير إلى أن المحيطات الشمالية والجنوبية كانت تتفاعل بشكل مختلف مع نفس التغييرات العالمية، ويرجع ذلك على الأرجح إلى الاختلافات في كيفية اتصال المحيطات وكيفية دفن الكربون في الرواسب.

من خلال دمج السجل الأحفوري، والتواقيع الكيميائية، والساعة المدارية، أنشأ الباحثون إطاراً قوياً لفهم هذه الحقبة المفصلية. لقد أثبتوا أن الانتقال من العصر الجوراسي إلى العصر الطباشيري لم يكن مزيجاً فوضوياً من الأحداث، بل كان تسلسلاً منسقاً بدقة مدفوعاً بمدار الأرض. إن المناخ المبرد، وتوسع الجليد، وتغير كيمياء المحيطات، وتطور الحياة البحرية، كلها حدثت ضمن نافذة زمنية محددة وجيدة التعريف. هذا التسلسل الزمني الجديد لا يوفر تاريخاً فحسب، بل يقدم قصة. إنه يخبرنا أن نظام مناخ الأرض حساس للقوة المدارية، وقادر على تضخيم التغييرات الصغيرة إلى تحولات عالمية تعيد تشكيل المحيطات والحياة داخلها. ويؤكد هذا العمل أن دورة الـ 405,000 سنة هي أداة موثوقة لقراءة الزمن العميق، مما يوفر مساراً واضحاً لفهم لحظات حرجة أخرى في تاريخ الأرض حيث كان الماضي صعب التفسير.