چگونه موجودات میکروسکوپی به درک تغییرات آب و هوایی کمک می کنند؟

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، اندازه‌گیری ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ در جانداران کف اقیانوس یک شاخص عالی برای شار تابش جو است و پژوهشگران این حوزه به معیار جدیدی در این اندازه‌گیری رسیده‌اند.

از آنجایی که میزان انرژی دریافتی ما از خورشید که سیاره ما را گرم می‌کند بسیار بیشتر از میزان انرژی تابشی در برگشت به فضا است، نابرابری تابشی که عمدتاً به انتشار سوخت‌های فسیلی نسبت داده می‌شود در ۵۰ سال گذشته زمین را با سرعت متوسط ۰.۵ وات بر متر مربع گرم کرده است.

برای درک بهتر تغییرات آب‌و‌هوایی حال و آینده، محققان با استفاده از اندازه‌گیری هسته‌های یخی، سابقه رسوب، حلقه‌های درختان و موارد مشابه به بررسی گذشته زمین‌شناسی می‌پردازند که اغلب متمرکز بر دوران یخبندان و دوره‌های تغییرات شدید آب و هوایی است.

رسوبات دریایی شامل پوسته روزن‌داران در اندازه‌های میکرونی است. روزن‌داران موجوداتی تک‌سلولی هستند که بسیاری از آن‌ها در کف اقیانوس و یا نزدیک به آن زندگی می‌کنند. برای محققان دیرین‌اقلیم‌شناسی، این رسوبات، شاخص‌های مفیدی از شرایط آب‌وهوایی هستند. 

سیگنال‌های مربوط به دمای اقیانوس و حجم یخ که به تغییرات ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ نسبت داده می‌شود با یکدیگر تفاوت دارند،، اما وقتی این سیگنال‌ها با هم ترکیب شوند تغییرات انرژی جهانی را ثبت می‌کنند. سارا شکلتون (Sarah Shackleton) و همکارانش در دانشگاه پرینستون با بررسی رسوبات روزن‌داران به روش جدیدی برای پردازش اطلاعات در این باره رسیدند.

سارا شکلتون و همکارش دانیل باگنستوس (Daniel Baggenstos) در سال ۲۰۱۹ مقاله‌ای مشترک نوشتند و در آن از یک هسته یخی، رکورد رسوبات و اندازه‌گیری‌های مرجانی برای تخمین عدم تعادل تشعشع زمین از آخرین دوران یخبندان، حدود (۲۰ هزار سال پیش) استفاده کردند.

بر اساس یافته‌های علمی، وقتی انرژی دریافتی زمین بیشتر از خروجی آن باشد، پس باید باید به جایی برود: به اقیانوس‌ها، صفحات یخی، جو یا سطوح زمین.

امروزه ۹۰ درصد از شار تابشی اضافی توسط اقیانوس جذب می‌شود. اما آنچه که باگنستوس و دانشگاه‌ها در مورد عدم تعادل انرژی در گذشته دریافتند، این است که «گرم شدن اقیانوس و ذوب شدن صفحات یخ تنها تغییراتی هستند که اهمیت دارند.» بنابراین هر فرآیند دیگری که تحت تأثیر عدم تعادل انرژی قرار دارد، چندان مهم نیست.

در مقایسه با اکسیژن ۱۸ سنگین، اکسیژن ۱۶ سبک آسان‌تر از سطح اقیانوس تبخیر می‌شود؛ بنابراین ورقه‌های یخی قطبی با اکسیژن ۱۶ غنی می‌شوند و هنگامی که ذوب می‌شوند ایزوتوپ را به اقیانوس باز می‌گردانند. ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ روزن‌داران نیز تحت تأثیر یک فرآیند وابسته به دما در طول تشکیل پوسته قرار می‌گیرد و اکسیژن ۱۶ را از اکسیژن ۱۸ در تعادل شیمیایی جدا می‌کند.

مطالعه جدید باعث شد که شاکلتون به این فکر کند که آیا رکورد ایزوتوپ اکسیژن ۱۸ در روزن‌داران روند‌های مشابهی با نتایج مقاله ۲۰۱۹ را نشان می‌دهد یا خیر. شاکلتون می‌گوید: در هر مقوله‌ای از دیرین‌اقلیم‌شناسی، یکی از اولین چیز‌هایی که می‌بینید رکورد‌های ایزوتوپ اکسیژن-۱۸ هستند که الگویی مهم برای درک عصر یخبندان هستند.

آن‌ها تغییرات در حجم یخ و دمای اقیانوس را ثبت می‌کنند و در چند دهه گذشته تلاش‌های زیادی برای تفسیر آن‌ها صورت گرفته است.