کشف یخ‌های میلیون‌ساله قطب جنوب؛ سفری به اعماق تاریخ زمین

1

برای هزاران سال، قاره‌ی قطب جنوب گذشته‌ی خود را در زیر لایه‌های عظیم یخ پنهان کرده است. برف‌های متوالی روی هم انباشته شدند و وزن آن‌ها لایه‌های قدیمی‌تر را به اعماق زمین یخ‌زده فشردند. هر لایه، حباب‌هایی از هوای باستانی را در خود به دام انداخت که سرنخ‌هایی از اقلیم زمین پیش از پیدایش انسان در دل خود دارد. از دید دانشمندان، این یخ‌ها همانند یک کپسول زمانی طبیعی هستند. هرچه حفاری عمیق‌تر شود، سفر در تاریخ نیز دورتر می‌رود.

جست‌وجوی یخ‌های باستانی

پژوهشگران دهه‌هاست در حال استخراج هسته‌های یخی (Ice Cores) برای مطالعه‌ی تغییرات جو زمین هستند. هرچه عمق حفاری بیشتر باشد، سن یخ‌ها نیز بالاتر است. با این حال، قدیمی‌ترین هسته‌ی پیوسته‌ای که تاکنون استخراج شده، تنها حدود ۸۰۰ هزار سال قدمت دارد — درست در زمانی که اقلیم زمین شروع به دگرگونی‌های عجیب و غیرقابل‌پیش‌بینی کرد.

«ما درست در نقطه‌ی جالب تاریخ اقلیم به بن‌بست رسیدیم.» — دانکن یانگ، پژوهشگر دانشگاه تگزاس آستین

همین نقطه‌ی توقف باعث شد دانشمندان به‌دنبال یخ‌های قدیمی‌تر بروند — یخ‌هایی که شاید بتوانند توضیح دهند چه چیزی موجب تغییرات بزرگ اقلیمی در گذشته‌ی زمین شده است.

کوه‌های مدفون و ساختارهای عجیب یخ

بنیاد ملی علوم آمریکا (NSF) برنامه‌ای جهانی به نام مرکز اکتشاف قدیمی‌ترین یخ‌ها یا COLDEX راه‌اندازی کرده است. این پروژه با رهبری دانشگاه ایالتی اورگن و همکاری گروه‌هایی از سراسر جهان، هدفی بلندپروازانه دارد: یافتن یخ‌هایی با قدمتی بیش از یک میلیون سال که هنوز دست‌نخورده باقی مانده‌اند.

دانکن یانگ در سال ۲۰۲۱ به تیم COLDEX پیوست. گروه او از دانشگاه تگزاس به مدت دو سال بر فراز شرق قطب جنوب، در نزدیکی قطب جنوب جغرافیایی، پرواز کردند. آن‌ها با استفاده از رادارهای نصب‌شده بر هواپیما، نقشه‌ای از آنچه در زیر سطح یخ پنهان است، ترسیم کردند.

این رادار امواجی را از میان یخ‌ها می‌فرستاد که پس از بازتاب، تصاویر شگفت‌انگیزی از کوه‌های مدفون، دشت‌های صاف و ساختارهایی ناشناخته به دانشمندان ارائه می‌داد.

لایه‌های زیرین یخ‌های قطب جنوب

داده‌های جمع‌آوری‌شده نتایج غیرمنتظره‌ای داشتند. در عمق ناحیه‌ای به نام Dome A (یکی از بلندترین نقاط نزدیک حوضه‌ی قطب جنوب)، لایه‌ای عجیب شناسایی شد که به آن واحد قاعده‌ای یا Basal Unit می‌گویند.

این لایه برخلاف دیگر بخش‌های یخ، بازتاب‌های ناهموار و زبر نشان می‌داد، که نشان از وجود سنگ و رسوبات درون آن دارد. در حالی‌که یخ‌های بالایی صاف و منظم بودند، این لایه نشانه‌هایی از ترکیب با مواد زمین‌شناسی داشت.

تیم یانگ معتقد است این واحد قاعده‌ای در طول میلیون‌ها سال، تکه‌های کوچکی از سنگ‌های کوه‌های زیر‌ یخی گامبرتسف را با خود حمل کرده و در حوضه‌ای پایین‌تر رسوب داده است.

«چنین چیزی را انتظار نداشتیم. به نظر می‌رسد با ذوب تدریجی یخ، این واحد قاعده‌ای ذرات سنگ را جابه‌جا کرده و به مرور زمان رسوبات تازه‌ای ساخته است.» — دانکن یانگ

او توضیح می‌دهد که این فرآیند احتمالاً نوعی جدید از حوضه‌ی رسوبی زیر‌ یخی را شکل داده که بدون تأثیر رودخانه‌ها یا فرایندهای معمول زمین‌ساختی به وجود آمده است؛ فرآیندی آرام اما طولانی که طی ۱۴ تا ۳۰ میلیون سال، ذرات کوچک را در کنار هم انباشته کرده است.

دو دنیای متفاوت در زیر یخ

این رسوبات، منطقه‌ای را شکل داده‌اند که دانشمندان آن را «مجتمع آرنجی» یا Elbow Complex می‌نامند — چشم‌اندازی نرم و مواج که زیر بیش از سه کیلومتر یخ پنهان شده و مساحتی حدود ۳۰ هزار کیلومتر مربع را در بر می‌گیرد.

بر خلاف دره‌های تیز و عمیق، این منطقه تپه‌هایی نرم و پهن دارد. داده‌های راداری نشان داد که این ناحیه‌ی هموار در کنار زمینی ناهموار قرار گرفته و یک مرز شیب‌دار میان آن‌ها وجود دارد. این مرز، خط جدایی دو دنیای متفاوت در اعماق یخ است: در یک‌سو زمین سخت و سنگی و در سوی دیگر، زمینی نرم و پوشیده از رسوبات باستانی.

تفاوت میان این دو منطقه نشان می‌دهد که مجتمع آرنجی نه از طریق فرسایش یخچالی معمول، بلکه به‌واسطه‌ی ذوب آرام و رسوب‌گذاری تدریجی شکل گرفته است.

گرمای پنهان زیر یخ‌های قطب جنوب

نتایج پژوهش شگفتی دیگری هم در بر داشت: بخش‌هایی از این حوضه، گرم‌تر از حد انتظار بودند. گرمای درونی زمین از طریق شکاف‌ها و گسل‌ها به سمت بالا نشت می‌کند و کف لایه‌های یخی را گرم‌تر می‌سازد. این گرما همچون یک شبکه‌ی لوله‌کشی پنهان در زیر یخ حرکت کرده و به‌طور نامنظم پخش می‌شود.

«درک تغییرات گرمایی در پایه‌ی ورقه‌ی یخی بسیار مهم است؛ زیرا تنها در مناطق سردتر می‌توان یخ‌های دست‌نخورده و باستانی را یافت.» — دانکن یانگ

در نواحی گرم‌تر، یخ سریع‌تر ذوب می‌شود، اما مناطق سردتر ممکن است هنوز لایه‌های بی‌نظیر و دست‌نخورده‌ای از یخ‌های میلیون‌ساله را در خود داشته باشند. چالش اصلی اکنون یافتن همین نقاط پایدار است.

مرز تیز میان دو ناحیه

تصاویر راداری خطی روشن را در سراسر حوضه آشکار کردند: در بالادست، لایه‌ی قاعده‌ای ضخیم و پر از آوار است، در حالی که در پایین‌دست، این لایه نازک‌تر و تمیزتر می‌شود. این تفاوت ممکن است تعیین کند کدام بخش‌های قطب جنوب هنوز از قدیمی‌ترین یخ‌ها محافظت می‌کنند.

در نواحی سردتر و ضخیم‌تر، پایه‌ی یخ منجمد باقی می‌ماند و لایه‌های باستانی حفظ می‌شوند. اما در مناطق گرم‌تر، ذوب پایه‌ای سوابق اقلیمی را از بین می‌برد. این مرز تند یا «دوگانگی» کلید اصلی برای حفاری‌های آینده است — جایی که تعادل میان گرما، فشار و رسوب تعیین می‌کند آیا یخ باستانی زنده می‌ماند یا نابود می‌شود.

تیم COLDEX اکنون تمرکز خود را بر بخش‌های بالادست این مرز گذاشته است، جایی که احتمال حفظ یخ‌های دست‌نخورده بیشتر است.

تحولات آهسته در چشم‌انداز پنهان

برآوردهای یانگ نشان می‌دهد شکل‌گیری مجتمع آرنجی حدود ۱۵ میلیون سال طول کشیده است. یخ‌ها مانند نوار نقاله‌ای آرام، ذرات ریز سنگ را از کوه‌ها به حوضه منتقل کرده‌اند و طی میلیون‌ها سال، این ذرات کوچک چشم‌اندازی نرم و گسترده را زیر فشار یخ ساخته‌اند.

حتی در جایی که همه‌چیز منجمد به نظر می‌رسد، قطب جنوب همچنان در حال تغییر است. یخ‌ها آرام حرکت می‌کنند، پایه‌شان ذوب می‌شود، دوباره منجمد می‌گردد و چهره‌ی دنیای زیرین را بازسازی می‌کند.

مسیرهای آینده پژوهش

پروژه‌ی COLDEX برنامه دارد تا نقشه‌برداری‌های بیشتری در شرق قطب جنوب انجام دهد. مأموریت بعدی در منطقه‌ی تپه‌های آلن (Allan Hills) خواهد بود، جایی که تکه‌هایی از یخ با قدمتی بیش از پنج میلیون سال پیش‌تر یافت شده‌اند.

تیم پژوهشی همچنین قصد دارد یافته‌های خود را با حفاری‌های اروپایی در منطقه‌ی Little Dome C مرتبط کند، جایی که دانشمندان به دنبال یافتن هسته‌ای پیوسته با قدمتی بیش از ۸۰۰ هزار سال هستند.

اگرچه ممکن است حوضه‌ی قطب جنوب جنوبی محل نهایی آن هسته‌ی رکوردشکن نباشد، اما نواحی بالادست آن احتمالاً کلید کشف قدیمی‌ترین یخ‌های جهان را در خود دارند.

خواندن تاریخ در دل یخ

هر پرواز راداری، هر نمونه‌برداری، و هر هسته‌ی یخی، دانشمندان را یک گام به اسرار عمیق‌تر قطب جنوب نزدیک‌تر می‌کند. این قاره‌ی منجمد، نه‌تنها دما و ترکیب شیمیایی جو گذشته را در خود ثبت کرده، بلکه حرکت درونی زمین را نیز به‌صورت آرام و پیوسته روایت می‌کند.

یخچال‌های قطب جنوب فقط پوششی از آب منجمد نیستند؛ آن‌ها آرشیوی زنده از تاریخ زمین‌اند — شکل‌گرفته از گرما، فشار و گذر زمان. زیر تمام آن لایه‌های سرد، زمین همچنان داستان خود را می‌نویسد؛ داستانی که در هر لایه‌ی یخ، بخشی از گذشته‌ی سیاره‌مان نهفته است.

جست‌وجوی قدیمی‌ترین یخ‌های جهان همچنان ادامه دارد، با امیدی بزرگ برای درک چگونگی شکل‌گیری اقلیم امروزی زمین از دل تاریخ یخ‌زده‌ی آن.

منبع: مجله Geophysical Research Letters