Oxygen-isotope palaeothermometry of the Eocene Harudi Formation, Kutch Basin, western India: evidence for an early inception of the Middle Eocene Climatic Optimum

غالبًا ما يُتخيل الزمن السحيق كتدفق بطيء ومستقر، لكن تاريخ مناخ الأرض هو في الواقع قصة من القفزات المفاجئة والانعكاسات الدرامية. خلال عصر الإيوسين، قبل حوالي 56 إلى 34 مليون سنة، كان الكوكب عالمًا ذا دفيئة (Greenhouse world)، أكثر دفئًا بشكل ملحوظ مما هو عليه اليوم. ومع ذلك، حتى ضمن هذا العصر الحار، لم يظل المناخ ثابتًا؛ فقد شهد موجات حرارة شديدة وموجزة تُعرف بأحداث "الفرط الحراري" (hyperthermal events)، تلتها فترات أطول من الدفء التي برزت وسط اتجاه عام نحو التبريد. ومن أهم هذه المراحل الدافئة "الذروة المناخية للإيوسين الأوسط"، وهي فترة ارتفعت فيها درجات الحرارة العالمية لعدة مئات من آلاف السنين. إن فهم متى بدأ هذا الاحترار بالضبط وكيف بدا الشعور به في مناطق محددة أمر بالغ الأهمية للعلماء الذين يحاولون تجميع كيفية استجابة نظام مناخ الأرض للتغيير. وللقيام بذلك، غالبًا ما يبحث الباحثون عن البصمات الكيميائية المتروكة خلفها الأصداف القديمة، والتي تعمل كموازين حرارة طبيعية تسجل درجة حرارة مياه البحر التي نمت فيها.

لعقود من الزمن، ظلت قطعة محددة من الصخور في غرب الهند، تُعرف باسم "تكوين هارودي" (Harudi Formation)، لغزًا في هذه الأحجية العالمية. هذه الطبقة من الرواسب، الغنية بحفريات الحيتان القديمة والتماسيح وقواقع البحر العملاقة، تقع في حوض كوتش وتمثل نافذة حرجة إلى منتصف عصر الإيوسين. ومع ذلك، وعلى الرغم من أهميتها، كان لدى العلماء القليل جدًا من البيانات حول درجات حرارة المياه الفعلية في ذلك الوقت وذلك المكان. وتكمن الصعوبة في الصخور نفسها؛ فالمنطقة مشهورة بالحفريات، لكن الأصداف الموجودة هناك غالبًا ما تكون قد تغيرت كيميائيًا بفعل ملايين السنين من الضغط والمياه الجوفية، مما يجعل سجلات درجات حرارتها غير موثوقة. وبدون أصداف سليمة وغير متغيرة، تضيع أو تختلط الإشارات الكيميائية اللازمة لحساب درجات الحرارة الماضية. وقد ترك هذا فجوة كبيرة في خريطة المناخات القديمة لغرب الهند، مما أجبر الباحثين على الاعتماد على بيانات من طبقات صخرية أخرى قريبة قد لا تروي القصة نفسها.

قام فريق من الباحثين الآن بسد هذه الفجوة من خلال الاختيار الدقيق لست عينات من الحفريات من تكوين هارودي التي نجت في حالة مثالية. لقد اختاروا خمسة أصداف محار وصدفة واحدة من كائن بحري وحيد الخلية يُسمى "نوموليتس" (Numulites)، جُمعت جميعها من قطع طريق محددة حيث تظهر الطبقات الصخرية بوضوح. وقبل محاولة أي حسابات لدرجة الحرارة، كان على الفريق أن يتأكد تمامًا من أن هذه الأصداف لم تتعرض للتلاعب الكيميائي على مدى ملايين السنين. استخدموا تقنية الأشعة السينية القوية لفحص البنية الداخلية لكل عينة، مؤكدين أن كل واحدة منها مكونة من كالسيت نقي ومستقر، وهو نفس المعدن الذي بنت به الحيوانات أصدافها في الأصل. كان هذا التحقق ضروريًا، لأنه أثبت أن الأصداف لم تعد بلورتها أو تتغير بفعل العمليات الجيولوجية اللاحقة، مما يضمن أن البيانات الكيميائية التي تحملها هي سجل حقيقي للمحيط القديم.

بعد التحقق من سلامة العينات، قام الباحثون بتحليل نظائر الأكسجين المحتجزة داخل البنية البلورية للأصداف. تتغير نسبة أنواع مختلفة من ذرات الأكسجين في الصدفة اعتمادًا على مدى دفء الماء عندما كان الحيوان على قيد الحياة. ومن خلال قياس هذه النسب ومقارنتها بما هو معروف عن التركيب الكيميائي لمياه البحر القديمة، تمكن الفريق من حساب درجات حرارة المياه الدقيقة لكل طبقة صخرية. كشفت النتائج عن تاريخ حراري ديناميكي؛ حيث تراوحت درجات حرارة المياه في هذه المنطقة من 27.31 درجة مئوية (وهي درجة باردة نسبيًا) في أعلى التكوين إلى 38.44 درجة مئوية (وهي درجة حارقة) في طبقة معينة من الطفلة البنية. والأهم من ذلك، أظهرت البيانات وجود ذروتين متميزتين للحرارة: إحدى الذروات وصلت إلى 32.25 درجة مئوية في طبقة صخرية تشكلت بفعل عاصفة هائلة كدست الأصداف، بينما وُجدت الذروة الأخرى، الأكثر حرارة بـ 38.44 درجة مئوية، في طبقة من الطين تحتوي أيضًا على معادن متبخرة، مما يشير إلى وقت كانت فيه المياه ضحلة وعالية الملوحة.

تُفسر هذه الارتفاعات في درجات الحرارة على أنها التوقيع المحلي لـ "الذروة المناخية للإيوسين الأوسط"، وهو حدث الاحترار العالمي المذكور سابقًا. وما يجعل هذا الاكتشاف مثيرًا للاهتمام بشكل خاص هو التوقيت؛ إذ تشير دراسات أخرى إلى أن حدث الاحترار العالمي هذا بدأ حوالي 40.5 مليون سنة مضت. ومع ذلك، فإن الطبقات الصخرية في تكوين هارودي حيث وُجدت هذه الذروات الحرارية مؤرخة لتكون أقدم قليلاً، حيث تحيط بحد زمني عند حوالي 41.6 مليون سنة. وهذا يشير إلى أن الاحترار المرتبط بالذروة المناخية للإيوسين الأوسط ربما بدأ في وقت أبكر في هذا الجزء من العالم عما يشير إليه المتوسط العالمي، أو على الأقل أن الإشارة وصلت إلى غرب المحيط الهندي قبل أن يتم تسجيلها بالكامل في أجزاء أخرى من العالم. كما لاحظ الباحثون أن درجات الحرارة الأكثر سخونة تزامنت مع بيئات كانت مرهقة للحياة، مثل أسِرّة الأصداف التي عصفت بها العواصف والبحيرات المالحة المتبخرة. وهذا التوافق منطقي، حيث يؤدي الحر الشديد غالبًا إلى التبخر وتغيرات في الملوحة، مما يخلق ظروفًا لا يمكن فيها البقاء إلا للكائنات الأكثر قدرة على التحمل.

تُقدم الدراسة كخطوة أولية وليست استنتاجًا نهائيًا. ويؤكد الفريق أنه بينما توفر العينات الست أول سجل مباشر لدرجة الحرارة لهذا التكوين، فإن العدد الصغير من نقاط البيانات يعني أن الصورة الكاملة لا تزال قيد التجميع. إن قيم الحرارة القصوى، وخاصة قراءة 38.44 درجة مئوية، لافتة للنظر، لكن الباحثين يحذرون من الحاجة إلى المزيد من العينات لتأكيد هذه الاتجاهات بيقين إحصائي. كما أشاروا إلى أن بعض الإشارات الكيميائية في الأصداف كانت غير عادية، مما يوحي بأن العوامل البيئية المحلية قد أثرت على البيانات بطرق ليست مفهومة تمامًا بعد. ورغم هذه التحفظات، نجح العمل في وضع أساس للأبحاث المستقبلية؛ فهو يثبت أن تكوين هارودي يحتوي على سجل مناخي قابل للقراءة، ويشير إلى أن احترار منتصف الإيوسين ربما كان له بداية أكثر تعقيدًا وأبكر في هذه المنطقة مما كان يُعتقد سابقًا، مما يدعو إلى مزيد من الاستقصاء حول كيفية عمل عالم الدفيئة القديم هذا حقًا.