Organic Geochemistry of Shale Outcrop From the Morro Do Chaves Formation, Lowercretaceous, Sergipe-Alagoas Basin, Northeastern Brazil

تترك الأزمان السحيقة بصماتها ليس فقط في عظام الديناصورات أو أصداف الكائنات القديمة، بل في الكيمياء الجوهرية للصخور التي عاشت فيها. هذا المجال، المعروف باسم الكيمياء الجيولوجية العضوية، يتعامل مع الصخور الرسوبية كأرشيف كيميائي. فعندما تموت النباتات والطحالب والكائنات الدقيقة وتستقر في قاع بحيرة أو محيط، يمكن أن تُحبس بقاياها في الطين. وعلى مر ملايين السنين، تتحول هذه المادة العضوية إلى "كيروجين" (kerogen)، وهي مادة شمعية تحفظ ذاكرة البيئة التي دُفنت فيها. ومن خلال تحليل أنواع محددة من جزيئات الكربون ونسب العناصر المختلفة داخل هذه الصخور، يستطيع العلماء إعادة بناء المناخات القديمة، وتحديد ما إذا كانت المياه عذبة أم مالحة، ومعرفة ما إذا كان قاع البحيرة غنياً بالأكسجين أم خالياً تماماً من الهواء. إن فهم هذه الظروف أمر بالغ الأهمية لأنها تكشف كيف نجت الحياة في الماضي، وتساعد الجيولوجيين في تحديد المواقع البيئية القديمة حيث قد يكون النفط والغاز قد تشكلا.

في الجزء الشمالي الشرقي من البرازيل، تروي قطعة صخرية محددة قصة درامية لبحيرة كانت تغير رأيها باستمرار. فتكوين "مورو دو شافيس" (Morro do Chaves)، الذي يعود تاريخه إلى عصر الكريتاسي المبكر، يقع في منطقة كانت ذات يوم جزءاً من وادي صدع هائل بينما كانت القارة العظمى "جندوانا" (Gondwana) تتفكك. لعقود من الزمن، درس الجيولوجيون طبقات الأصداف الشهيرة هنا، والمعروفة باسم "كويناز" (coquinas)، وهي مكدسة ببقايا المحار والحلزونات. وقد فُهم طويلاً أن هذه الطبقات الصدفية تشكلت في مياه بحيرات ضحلة وعاصفة. ومع ذلك، ظلت طبقات الطفلة (shale) الداكنة والموحلة الموجودة مختلطة مع الأصداف لغزاً. وبينما تحظى الأصداف بالاهتمام، فإن الطفلة تحمل المفتاح لكيمياء المياه واللحظات الهادئة بين العواصف. وقد قرر فريق من الباحثين من جامعة ريو دي جانيرو الحكومية وشركة بتروبراس النظر عن كثب في هذه الصخور الطينية المهملة لفهم نوع العالم الذي ترسبت فيه.

ركز الباحثون دراستهم على محجر في ولاية ألاغواس، وهو مكان تظهر فيه الطبقات الصخرية في وجه عمودي يمتد لأكثر من كيلومتر. وقد جمعوا بعناية أربع عشرة عينة من الطفلة من أحد عشر مستوى مختلفاً داخل الوجه الصخري، بدءاً من أسفل التعرية وصولاً إلى أعلاها. وفي المختبر، أخضعوا هذه الصخور لسلسلة من الاختبارات المصممة لقراءة تاريخها الكيميائي. فقد قاسوا إجمالي كمية الكربون العضوي، والذي يعمل كمقياس لمدى حفظ الحياة في الطين. كما قاموا بتسخين الصخور في بيئة محكومة لمعرفة نوع الهيدروكربونات التي ستطلقها، وهي عملية تكشف عن نوع الحياة التي ماتت هناك في الأصل. وأخيراً، استخدموا تقنيات فصل كيميائية متقدمة لعزل علامات جزيئية محددة، تُعرف باسم "المؤشرات الحيوية" (biomarkers). هذه الجزيئات تشبه الأحافير الكيميائية؛ فهي تحتفظ بالتوقيع الهيكلي للكائنات المحددة التي أنتجتها، مما يسمح للعلماء بالتمييز بين الطحالب والبكتيريا والنباتات البرية.

رسمت النتائج صورة لنظام بيئي معقد ومتغير. أظهر التحليل أن المادة العضوية في الطفلة لم تكن موحدة؛ بل تباينت بشكل كبير من طبقة إلى أخرى. احتوت بعض الطبقات على كميات عالية من الكربون العضوي، بينما كانت طبقات أخرى فقيرة جداً به. وأشارت التواقيع الكيميائية إلى أن الحياة المحفوظة في هذه الصخور جاءت من مصدرين رئيسيين: طحالب المياه العذبة والنباتات البرية. وفي عدة عينات، وجد الباحثون حضوراً قوياً لـ "كيروجين" من النوع الأول (Type I) والنوع الثاني (Type II). وبمعنى مبسط، يعني هذا أن المادة العضوية كانت مشتقة إلى حد كبير من الطحالب والكائنات المائية الأخرى التي حُفظت في بيئة تفتقر بشدة إلى الأكسجين. وقد أكد وجود "البيرايت" (pyrite)، وهو معدن يتكون فقط في المياه الفقيرة بالأكسجين، أن قاع هذه البحيرة القديمة كان غالباً راكداً وخالياً من الأكسجين (anoxic).

ومع ذلك، لم تكن القصة قصة بحيرة بسيطة ومعزولة. فقد أشارت البيانات الكيميائية إلى أن كيمياء المياه كانت تتقلب باستمرار. ففي بعض الطبقات، أشارت العلامات الجزيئية إلى بيئة مياه عذبة خالصة تهيمن عليها النباتات البرية. وفي طبقات أخرى، أشارت العلامات إلى مزيج من المياه العذبة والمالحة، مما يشير إلى أن البحيرة كانت تتعرض لغزو دوري من البحر. وجد الباحثون أدلة على توغلات بحرية، حيث اندفعت مياه البحر إلى حوض البحيرة، مدفوعة على الأرجف بارتفاع مستويات سطح البحر والحركات التكتونية المرتبطة بافتتاح جنوب المحيط الأطلسي. هذه الأحداث من شأنها أن تخلق بيئة تشبه البحيرة (lagoon) ذات ملوحة متوسطة، حيث يمكن للأسماك البحرية والرخوياتيات التي تعيش في المياه المالحة أن تختلط مع أنواع المياه العذبة. وقد ساعدت النسب الكيميائية لبعض الجزيئات، مثل العلاقة بين "البريستان" (pristane) و"الفيتان" (phytane)، الفريق على التمييز بين هذه الفترات الهادئة والرطبة، والأوقات الأكثر جفافاً ودفئاً عندما انكمشت البحيرة وأصبحت المياه أكثر تركيزاً.

جاءت واحدة من أكثر النتائج إثارة للاهتمام من عينة محددة، تحمل الرمز P05. أظهرت هذه الطبقة توقيعاً كيميائياً فريداً يهيمن عليه سلاسل كربون متوسطة الحجم تنتج عادة عن البكتيريا التي تعمل على المواد الطحلبية. وهذا يشير إلى أنه خلال وقت ترسيب هذه الطبقة، كان الوسط تحديداً هادئاً ورطباً، مع عمود مائي مستقر وعميق سمح بحدوث نوع مختلف من المعالجة البيولوجية. في المقابل، أظهرت طبقات أخرى علامات على أحداث عالية الطاقة، مثل العواصف أو التغيرات السريعة في مستويات المياه، والتي من المرجح أنها جرفت الكثير من المادة العضوية، تاركة وراءها المحتوى المنخفض من الكربون المشاهد في تلك العينات. كما أشارت اختبارات النضج الحراري، التي تقيس مقدار الحرارة التي تعرضت لها الصخور بمرور الوقت، إلى أن الصخور كانت لا تزال حديثة نسبياً من الناحية الجيولوجية ولم "تُطهَ" بما يكفي لتتحول إلى نفط، مما حافظ على الهياكل الكيميائية الدقيقة اللازمة لهذا التحليل.

يخلص البحث إلى أن تكوين "مورو دو شافيس" يمثل بيئة قديمة مضطربة وديناميكية. لم تكن بحيرة ثابتة، بل نظاماً يتأرجح بين ظروف المياه العذبة، والمالحة، والبحرية. تسجل طبقات الطفلة تاريخ التوغلات البحرية الدورية التي حولت البحيرة إلى بحيرة ساحلية (lagoon)، مما خلق موطناً فريداً حيث يمكن لأشكال الحياة المتنوعة أن تزدهر وتموت. إن وجود كل من المادة العضوية القارية والبحرية، جنباً إلى جنب مع الأدلة الكيميائية على تقلب مستويات الأكسجين، يدعم فكرة أن هذه المنطقة كانت منطقة انتقالية حيث التقت قوى تكسر القارة وزحف المحيط. ومن خلال قراءة كيمياء هذه الصخور الطينية، ملأ الباحثون الفجوات التي تركتها طبقات الأصداف الشهيرة، كاشفين عن تاريخ معقد من التحولات المناخية، والنشاط التكتوني، والتوازن الدقيق بين المياه العذبة والمالحة الذي شكل الحياة في هذا الركن من البرازيل القديمة.