زمان در سنگها ثبت میشود
به گزارش خبرگزاری آنا؛ هر لایه سنگ، هر فسیل و حتی ایزوتوپهای پرتوزای موجود در برخی کانیها بخشی از گذشته زمین را ثبت کردهاند. به همین دلیل دانشمندان از سنگها نه فقط به عنوان آرشیوی از تاریخ زمین، بلکه به عنوان «ساعتهای طبیعی» یاد میکنند؛ ساعتهایی که بدون عقربه، زمان شکلگیری کوهها، پیدایش اقیانوسها، انقراض جانداران و حتی ظهور انسان را روایت میکنند.
از دل سنگها تا دل تاریخ
اگر امروز از زمینشناسی بپرسید که از کجا میفهمد یک رشتهکوه صدها میلیون سال عمر دارد یا یک آتشفشان چه زمانی فوران کرده است، پاسخ او از میان سنگها آغاز میشود.
دانشنامه «بریتانیکا» در مدخل «زمین گاهشناسی» (Geochronology) مینویسد این شاخه از علوم زمین به تعیین سن سنگها و بازسازی تاریخ زمین اختصاص دارد. پژوهشگران با مطالعه توالی لایههای سنگی، ویژگی کانیها و فسیلهای بهجامانده در آنها، میتوانند رخدادهایی را که میلیونها و حتی میلیاردها سال پیش روی دادهاند، بازسازی کنند. در واقع، هر برونزد (outcrop) سنگی مانند صفحهای از کتاب تاریخ زمین است که اگر زبان آن را بدانیم، گذشته سیاره را برایمان بازگو میکند.
این نگاه البته تازه نیست. بریتانیکا یادآوری میکند که انسانها از هزاران سال پیش متوجه شده بودند صدفها و بقایای جانوران دریایی در دل کوهها پدیدهای عادی نیست. فیلسوف یونانی «گزنوفانس» (Xenophanes) بیش از دو هزار و پانصد سال پیش این بقایا را نشانه موجوداتی میدانست که زمانی در دریا زندگی میکردهاند. چند قرن بعد، «لئوناردو داوینچی» نیز با مشاهده فسیلهای دریایی در شمال ایتالیا نتیجه گرفت این مناطق روزگاری زیر آب بودهاند. هرچند ابزارهای علمی آن زمان ابتدایی بود؛ اما همین مشاهدهها نخستین گامها برای فهم این واقعیت بودند که سنگها حافظه زمین هستند.
اولین ساعت زمین؛ لایههایی که زمان را حفظ کردهاند
تصور کنید کتابی قطور روی میز قرار دارد. طبیعی است که صفحه اول در ابتدای کتاب و صفحه آخر در انتهای آن باشد. زمینشناسان میگویند بسیاری از لایههای رسوبی نیز دقیقا چنین نظمی دارند.
به نوشته بریتانیکا در مدخل «چینهشناسی» (Stratigraphy)، یکی از بنیادیترین اصول علوم زمین، «اصل برهمنهی» (Superposition Principle) است. بر اساس این اصل، اگر لایههای رسوبی در طول زمان بر اثر چینخوردگی یا جابهجاییهای شدید به هم نخورده باشند، قدیمیترین لایه در پایین قرار دارد و هرچه به سمت بالا حرکت کنیم، لایهها جوانتر میشوند. این اصل ساده، یکی از مهمترین ابزارهای بازسازی گذشته زمین است.
یکی از هدفهای اصلی چینهشناسی، مقایسه و تطبیق لایههای سنگی در مناطق مختلف است تا بتوان رابطه زمانی آنها را مشخص کرد و توالی رخدادهای زمینشناسی را بازسازی کرد.
بریتانیکا توضیح میدهد که همین مطالعات چینهشناسی، پایه شکلگیری «مقیاس زمان زمینشناسی» بودهاند؛ تقویمی که عمر حدود ۴.۶ میلیارد ساله زمین را به اَبَردوران، دوران، دوره، عصرهای مختلف تقسیم میکند. این مقیاس، زبان مشترک زمینشناسان سراسر جهان برای سخن گفتن درباره گذشته سیاره است.
وقتی فسیلها تاریخ را امضا میکنند
اما همه لایههای سنگی شبیه هم نیستند. گاهی آنچه به یک لایه معنا میدهد، نه خود سنگ بلکه موجوداتی است که میلیونها سال پیش در آن دفن شدهاند.
دانشنامه بریتانیکا توضیح میدهد برخی جانوران و گیاهان تنها در بازه زمانی کوتاهی از تاریخ زمین زندگی کردهاند، اما در همان زمان در مناطق وسیعی از جهان پراکنده بودهاند. اگر فسیل چنین موجودی در یک لایه پیدا شود، زمینشناس تقریبا میداند آن لایه متعلق به کدام دوره از تاریخ زمین است. این بقایا «فسیلهای شاخص» (Index fossil) نام دارند و یکی از مهمترین ابزارهای تعیین سن نسبی لایههای سنگی به شمار میروند.
به بیان دیگر، اگر لایههای سنگی صفحههای کتاب تاریخ باشند، فسیلهای شاخص مانند تاریخ چاپ روی آن صفحهها عمل میکنند. آنها فقط سن تقریبی سنگ را مشخص نمیکنند؛ بلکه امکان مقایسه لایههای مشابه در قارههای مختلف را نیز فراهم میکنند. همین امکان تطبیق لایههای سنگی در مناطق مختلف جهان، پایه تدوین مقیاس زمان زمینشناسی شد.
از سوی دیگر، فسیلها اطلاعاتی فراتر از زمان در اختیار پژوهشگران میگذارند. بریتانیکا مینویسد برخی مرجانها تنها در آبهای گرم و کمعمق رشد میکنند و بعضی گیاهان فقط در محیطهای باتلاقی زندگی میکنند. بنابراین، یافتن چنین فسیلهایی در مناطقی که امروزه نزدیک قطب قرار دارند، نشان میدهد زمینی که این سنگها روی آن شکل گرفتهاند، از آن زمان تاکنون موقعیت خود را روی سطح زمین تغییر داده است. به این ترتیب، سنگها فقط زمان را ثبت نکردهاند؛ آنها شرایط زندگی روی زمین را نیز در حافظه خود نگه داشتهاند.
وقتی خود اتمها به ساعت تبدیل شدند
چینهشناسی و فسیلها به دانشمندان میگویند کدام سنگ قدیمیتر و کدام جوانتر است؛ اما این روشها یک پرسش اساسی را بیپاسخ میگذارند: «قدیمیتر، یعنی دقیقا چند سال؟».
پاسخ این پرسش تنها زمانی ممکن شد که دانشمندان دریافتند در دل بسیاری از سنگها، ساعتهایی وجود دارد که از همان لحظه شکلگیری سنگ شروع به کار کردهاند و هرگز متوقف نشدهاند.
بر اساس گزارش سازمان زمینشناسی آمریکا (USGS)، کشف واپاشی طبیعی پرتوزای اورانیوم در سال ۱۸۹۶ به دست فیزیکدان فرانسوی هانری بکرل افق تازهای در علوم گشود. اندکی بعد، در سال ۱۹۰۵، ارنست رادرفورد پیشنهاد کرد از پرتوزایی میتوان برای اندازهگیری مستقیم زمان زمینشناسی استفاده کرد و دو سال بعد، برترام بولتوود نخستین برآوردهای سن سنگها را بر پایه این روش منتشر کرد. اگرچه این برآوردها بعدها اصلاح شدند، اما نشان دادند که تاریخ زمین باید در مقیاس صدها میلیون تا میلیاردها سال سنجیده شود.
راز این ساعتهای طبیعی در «نیمهعمر» است. بعضی از اتمها ناپایدارند و با گذشت زمان کمکم به اتمهای دیگر تبدیل میشوند. چون سرعت این تغییر برای هر نوع اتم مشخص و ثابت است، دانشمندان با اندازهگیری مقدار اتمِ اولیه و فرآورده واپاشی، میتوانند سن سنگ را بهدست آورند.
سازمان زمینشناسی آمریکا (USGS) چند نمونه از این «ساعتهای طبیعی» را معرفی میکند. اورانیوم-۲۳۸ در حدود ۴.۵ میلیارد سال به سرب-۲۰۶ تبدیل میشود و اورانیوم-۲۳۵ نیز در حدود ۷۰۴ میلیون سال به سرب-۲۰۷ میرسد. پتاسیم-۴۰ هم با گذشت حدود ۱.۲۵ میلیارد سال به آرگون-۴۰ تبدیل میشود. دانشمندان با استفاده از این تغییرات میتوانند سن سنگها را اندازه بگیرند، بهویژه سنگهای آذرینی که از سرد شدن مواد مذاب به وجود آمدهاند.
هر ساعت برای زمان خودش
البته همه ساعتهای طبیعی برای همه دورههای زمانی مناسب نیستند. همانگونه که برای اندازهگیری چند ثانیه از کرنومتر و برای اندازهگیری چند ساعت از ساعت دیواری استفاده میکنیم، زمینشناسان نیز بسته به سن نمونه، روش متفاوتی را انتخاب میکنند.
به نوشته USGS، روش «کربن-۱۴» که شاید شناختهشدهترین شیوه سنیابی باشد، تنها برای مواد آلی و رویدادهایی تا حدود ۵۰ هزار سال گذشته کاربرد دارد. علت این محدودیت نیز نیمهعمر نسبتا کوتاه کربن-۱۴، یعنی ۵۷۳۰ سال است. پس از مرگ یک گیاه یا جانور، مقدار کربن-۱۴ موجود در بقایای آن بهتدریج کاهش مییابد و با اندازهگیری این کاهش میتوان زمان مرگ آن موجود زنده را برآورد کرد.
در مقابل، برای سنگهایی که صدها میلیون یا میلیاردها سال عمر دارند، از روشهایی که بر پایه واپاشی اورانیوم یا پتاسیم هستند استفاده میشود. این روشها به دانشمندان اجازه دادهاند سن برخی از قدیمیترین سنگهای شناختهشده روی زمین را که بیش از سه میلیارد سال قدمت دارند، با دقت بسیار بالا تعیین کنند.
سن نسبی یا سن مطلق؛ دو راه برای خواندن ساعت زمین
اگرچه تاریخگذاری پرتوسنجشی (Radiometric dating) یا سنیابی پرتوسنجشی انقلابی در علوم زمین ایجاد کرد، اما زمینشناسان هنوز هم از همان روشهای کلاسیک چینهشناسی استفاده میکنند. علت آن روشن است؛ این دو روش رقیب یکدیگر نیستند، بلکه یکدیگر را کامل میکنند.
سازمان زمینشناسی ایرلند توضیح میدهد که دانشمندان معمولا از دو شیوه اصلی برای تعیین سن سنگها استفاده میکنند: سنیابی نسبی و سنیابی مطلق. در روش نخست، تنها ترتیب زمانی رویدادها مشخص میشود؛ یعنی معلوم میشود کدام سنگ قدیمیتر و کدام جوانتر است، بیآنکه سن دقیق آنها بر حسب سال تعیین شود. اما در روش دوم، با استفاده از تاریخگذاری پرتوسنجشی، سن تقریبی سنگ بر حسب سال محاسبه میشود.
این گزارش برای توضیح تفاوت این دو روش، مثالی ساده ارائه میکند: اگر بگویید «شما از خواهرتان بزرگتر هستید»، تنها ترتیب تولد را مشخص کردهاید؛ اما اگر بگویید «شما ۱۵ ساله و خواهرتان ۱۱ ساله است»، سن دقیق هر دو را نیز میدانید. زمینشناسان نیز دقیقا به همین شیوه، ابتدا ترتیب رخدادها را از روی لایههای سنگی به دست میآورند و سپس با کمک ساعتهای طبیعی مبتنی بر واپاشی پرتوزا، زمان دقیق آنها را اندازه میگیرند.
وقتی یک تکه زغال، راز یک تبر را فاش کرد
قدرت این ساعتهای طبیعی تنها به مطالعه کوهها و آتشفشانها محدود نمیشود؛ آنها در باستانشناسی نیز نقشی تعیینکننده دارند.
نشنال جئوگرافیک در گزارشی درباره کشف یکی از قدیمیترین تبرهای لبهسابیده جهان در منطقه «کیمبرلی» استرالیا روایت میکند که پژوهشگران با یک مشکل روبهرو بودند: خود تبر از سنگ بازالت ساخته شده بود و کربنی نداشت که بتوان آن را با روش کربن-۱۴ تاریخگذاری کرد. بنابراین، آنها راه دیگری برگزیدند.
این تبر در همان لایه رسوبیای کشف شده بود که بقایای زغال چوب نیز در آن وجود داشت. پژوهشگران زغال را با روش کربن-۱۴ سنیابی کردند و دریافتند قدمت آن بین حدود ۴۸ هزار و ۸۰۰ تا ۴۳ هزار و ۹۰۰ سال است. از آنجا که تبر و زغال در یک لایه قرار داشتند، نتیجه گرفتند این ابزار سنگی نیز حدود ۴۵ هزار سال پیش ساخته شده است. در اینجا نیز این لایههای زمین بودند که زمان را ثبت کرده بودند و دانشمندان تنها توانستند زبان آنها را بخوانند.
این نمونه نشان میدهد سنگها همیشه بهطور مستقیم سخن نمیگویند؛ گاهی برای خواندن ساعت آنها باید به سراغ زغال، فسیل یا حتی خاک اطرافشان رفت. اما در نهایت، همه این سرنخها در کنار هم یک روایت واحد را شکل میدهند؛ روایتی از گذشتهای بسیار دور که هیچ شاهد انسانی از آن باقی نمانده است.
از کشف نفت تا شناخت تغییرات اقلیمی؛ چرا خواندن ساعت سنگها اهمیت دارد؟
شاید تصور شود تعیین سن سنگها تنها کنجکاوی دانشمندان درباره گذشته زمین است؛ اما واقعیت چیز دیگری است. خواندن این ساعتهای طبیعی، کاربردهای فراوانی در علوم و حتی زندگی امروز انسان دارد.
دانشنامه بریتانیکا در مدخل «دیرینهشناسی» (Paleontology) توضیح میدهد که مطالعه فسیلها تنها برای شناخت موجودات منقرضشده نیست. فسیلها به زمینشناسان کمک میکنند لایههای سنگی را با یکدیگر تطبیق دهند، تاریخ تکامل حیات را بازسازی کنند و شرایط محیطی گذشته را بشناسند. افزون بر این، اطلاعات بهدستآمده از مطالعات دیرینهشناسی سالهاست که در اکتشاف منابع نفت و گاز طبیعی نیز به کار گرفته میشود؛ زیرا بسیاری از این ذخایر در سنگهای رسوبی مشخصی شکل گرفتهاند که سن و محیط تشکیل آنها از طریق فسیلها و چینهشناسی قابل شناسایی است.
فسیلها همچنین به دانشمندان امکان میدهند آبوهوای میلیونها سال پیش را بازسازی کنند. به نوشته بریتانیکا، یافتن بقایای مرجانهایی که تنها در آبهای گرم و کمعمق زندگی میکنند، یا گیاهانی که به محیطهای باتلاقی وابستهاند، در مناطقی که امروز سرد یا خشک هستند، نشان میدهد اقلیم زمین در گذشته تا چه اندازه متفاوت بوده است. چنین شواهدی تنها درباره گذشته سخن نمیگویند؛ آنها معیاری برای درک بهتر تغییرات اقلیمی امروز نیز در اختیار پژوهشگران قرار میدهند.
ساعتی که هرگز از حرکت نمیایستد
شاید بزرگترین ویژگی سنگها این باشد که برخلاف حافظه انسان، چیزی را فراموش نمیکنند. کوهها فرسوده میشوند، دریاها پیشروی و پسروی میکنند و گونههای زیستی منقرض میشوند؛ اما رد این رویدادها اغلب در جایی از پوسته زمین باقی میماند.
دانشمندان امروز این ردها را از راههای مختلف میخوانند؛ گاهی با دنبال کردن ترتیب لایههای سنگی، گاهی با جستوجوی فسیلهای شاخص و گاهی نیز با اندازهگیری نسبت ایزوتوپهای پرتوزا در دل یک کانی. هر یک از این روشها بخشی از داستان را روایت میکند و زمانی که نتایج آنها در کنار هم قرار میگیرد، گذشته زمین با دقتی شگفتانگیز بازسازی میشود.
به همین علت، وقتی زمینشناسان از «ساعت زمین» سخن میگویند، منظورشان وسیلهای با عقربه و صفحه مدرج نیست. ساعت زمین، مجموعهای از لایههای سنگی، فسیلها و اتمهایی است که میلیاردها سال است بیوقفه زمان را ثبت میکنند.
شاید اگر روزی در برابر دیواره یک کوه یا لبه یک دره بایستیم، دیگر فقط به چند لایه سنگ نگاه نکنیم. شاید بدانیم هر نوار باریک سنگی، صفحهای از کتابی است که از شکلگیری نخستین قارهها، پیدایش اقیانوسها، ظهور و انقراض گونههای بیشمار و سرانجام از داستان انسان سخن میگوید. سنگها خاموشاند؛ اما برای کسی که زبانشان را بداند، هنوز هم در حال روایت زمان هستند.
انتهای پیام/