جابه‌جایی سریع قطب‌های زمین در عصر دایناسورها بر اساس تغییرات سطح دریا

مقدمه

تصور عمومی بر این است که قطب‌های جغرافیایی زمین نقاطی ثابت و تغییرناپذیرند. اما پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که این تصور چندان دقیق نیست. در بازه‌های زمانی طولانی، پوسته و گوشته زمین نسبت به محور چرخش آن جابه‌جا می‌شوند و در نتیجه موقعیت قطب‌های جغرافیایی تغییر می‌کند. این پدیده «سرگردانی قطبی حقیقی» (True Polar Wander) نامیده می‌شود و بر اساس مطالعه‌ای که در اکتبر ۲۰۲۴ در مجله Science منتشر شد، در عصر دایناسورها و دوره‌های بعدی با سرعتی قابل توجه رخ داده است.

سرگردانی قطبی حقیقی چیست و چه تفاوتی با تغییر محور چرخش دارد؟

زمین به دور محوری می‌چرخد که نسبت به صفحه مدارش به دور خورشید حدود ۲۳.۴ درجه انحراف دارد. این زاویه در طول ده‌ها هزار سال به دلیل چرخه‌های میلانکوویچ (Milankovitch cycles) که ناشی از کشش گرانشی خورشید و سیارات است، به‌طور دوره‌ای تغییر می‌کند. اما سرگردانی قطبی حقیقی چیزی متفاوت است: در این پدیده، زاویه محور چرخش نسبت به صفحه مدار تغییر نمی‌کند، بلکه پوسته و گوشته زمین نسبت به همان محور چرخش جابه‌جا می‌شوند.

دلیل این امر آن است که زمین کره کامل نیست، بلکه به دلیل چرخش، در استوا برآمده و در قطب‌ها کمی مسطح است. به همین دلیل، زمین چند محور لختی (axes of inertia) دارد که بزرگ‌ترین آن‌ها با محور چرخش هم‌راستا است. برای جلوگیری از آشفتگی در چرخش، این محورها باید متعادل بمانند. اما زمین‌ساخت صفحه‌ای (Plate Tectonics) و حتی چرخه‌های میلانکوویچ می‌توانند این تعادل جرمی را بر هم بزنند؛ مثلاً با تجمع بیشتر پوسته قاره‌ای در یک نیم‌کره. برای بازگرداندن تعادل، پوسته و گوشته باید نسبت به هسته که هم‌راستا با محور چرخش باقی می‌ماند، جابه‌جا شوند. این جابه‌جایی باعث تغییر موقعیت جغرافیایی قطب‌ها می‌شود.

چگونه این پدیده اندازه‌گیری می‌شود؟

تا پیش از این، دانشمندان برای مطالعه سرگردانی قطبی حقیقی عمدتاً به دیرینه‌مغناطیس (Paleomagnetism) متکی بودند؛ یعنی مطالعه نشانه‌های مغناطیسی باقی‌مانده در سنگ‌های باستانی. جهت این نشانه‌ها به موقعیت سنگ نسبت به میدان مغناطیسی زمین در زمان شکل‌گیری بستگی دارد. اما این روش چندان دقیق نیست و پژوهشگران با استفاده از آن به نتایج بسیار متفاوتی رسیده بودند. بر همین اساس، تصور می‌شد که سرگردانی قطبی حقیقی در گذشته دور ناچیز یا بسیار کند بوده است.

اما تیم پژوهشی به رهبری متیو دومیر (Mathew Domeier) از مرکز زیست‌پذیری سیاره‌ای دانشگاه اسلو در نروژ، رویکردی متفاوت در پیش گرفتند. آن‌ها به جای تکیه بر دیرینه‌مغناطیس، تغییرات سطح دریا را در طول میلیون‌ها سال در سوابق زمین‌شناسی بررسی کردند. زمانی که توزیع جرم زمین تغییر می‌کند، اقیانوس‌ها واکنش نشان می‌دهند و سطح دریا تغییر می‌کند. سرگردانی قطبی حقیقی الگویی مشخص و قابل شناسایی در این تغییرات ایجاد می‌کند: تغییرات سطح دریا در نیم‌کره‌ها برابر اما در جهت مخالف هستند، یعنی افزایش سطح دریا در یک سمت با افزایش در سمت مقابل نیم‌کره دیگر همراه است. این الگو «چهارقطبی» (Quadrupolar) نامیده می‌شود.

یافته‌های اصلی پژوهش

دومیر و همکارانش با استفاده از مدل‌سازی آماری بر روی نقشه‌های تغییرات سطح دریا در بازه‌های ۱۰ میلیون ساله، چهار دوره سرگردانی قطبی حقیقی را شناسایی کردند:

• اوایل ژوراسیک، حدود ۱۹۰ تا ۲۰۰ میلیون سال پیش
• اواخر ژوراسیک تا اوایل کرتاسه، حدود ۱۴۰ تا ۱۵۰ میلیون سال پیش
• اواسط کرتاسه، حدود ۹۰ تا ۱۰۰ میلیون سال پیش
• از الیگوسن حدود ۳۰ میلیون سال پیش تا میوسن حدود ۲۰ میلیون سال پیش

نتایج نشان می‌دهد که برخلاف تصور رایج، سرگردانی قطبی حقیقی می‌تواند به صورت انفجاری و نسبتاً سریع در مقیاس زمین‌شناسی رخ دهد. در طول این دوره‌ها، سطح زمین تا ۰.۶ درجه در هر میلیون سال نسبت به محور چرخش جابه‌جا شده است. این سرعت برای انسان بسیار کند است (حدود ۰.۶ درجه در میلیون سال معادل چند سانتی‌متر در سال)، اما در مقیاس زمین‌شناسی سریع محسوب می‌شود و حتی از سرعت زمین‌ساخت صفحه‌ای نیز بیشتر است.

همچنین پژوهشگران توانستند موردی مشکوک از سرگردانی قطبی حقیقی را که حدود ۳۰۰ میلیون سال پیش و همزمان با حرکت شمالی ابرقاره پانگه‌آ (Pangea) تصور می‌شد، رد کنند. مشخص شد که حرکت پانگه‌آ کاملاً ناشی از زمین‌ساخت صفحه‌ای بوده و ارتباطی با سرگردانی قطبی حقیقی نداشته است.

چرا این یافته‌ها اهمیت دارند؟

تغییر موقعیت قطب‌ها می‌تواند بر اقلیم جهانی و منطقه‌ای تأثیر بگذارد. مناطقی که در نزدیکی قطب‌ها قرار داشتند، به عرض‌های پایین‌تر منتقل می‌شوند و برعکس. این جابه‌جایی الگوهای گردش جو را تغییر می‌دهد و در نتیجه اقلیم سراسر جهان را تحت تأثیر قرار می‌دهد. در نتیجه، محیط‌هایی که زندگی در آن‌ها شکل گرفته و تکامل یافته است، از عصر دایناسورها تا اجداد نخستین primates، دستخوش تغییر شده‌اند.

از منظر زمین‌شناسی، این پژوهش نشان می‌دهد که سرگردانی قطبی حقیقی می‌تواند به عنوان یک فرایند پویا و تأثیرگذار در تاریخ زمین عمل کند و نه صرفاً یک پدیده ناچیز. همچنین روش جدید مبتنی بر تغییرات سطح دریا، ابزار دقیق‌تری برای مطالعه این پدیده در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.

چشم‌انداز آینده

با وجود این یافته‌ها، پرسش‌های بسیاری باقی است. سرعت فعلی سرگردانی قطبی حقیقی حدود ۱۰ سانتی‌متر در سال است، اما آیا این سرعت در آینده تغییر خواهد کرد؟ چگونه می‌توان تأثیرات آن را بر اقلیم و حیات در مقیاس‌های زمانی طولانی‌تر پیش‌بینی کرد؟ پژوهش‌های آینده می‌توانند با ترکیب روش‌های دیرینه‌مغناطیس و تحلیل تغییرات سطح دریا، تصویر کامل‌تری از تاریخ پویای زمین ارائه دهند.

در نهایت، این مطالعه نشان می‌دهد که زمین ما سیاره‌ای ایستا نیست و حتی قطب‌های آن در طول زمان جابه‌جا می‌شوند. شناخت این فرایندها به ما کمک می‌کند تا تاریخ اقلیم و تکامل حیات را بهتر درک کنیم و برای آینده سیاره‌مان آماده‌تر باشیم.