يبدو أن الأرض لديها نظام للتحكم في المناخ الطبيعي الذي ساعد في الحفاظ على كوكب صالح للسكن لأكثر من 100 مليون سنة. لطالما عرف العلماء أن هذا النظام موجود، ولكن الآليات وراءه كانت صعبة التفسير.
تشير الأبحاث الجديدة إلى ارتباط تم تجاهله سابقًا بين مستوى البحر وتوافر الفوسفات في المحيط. أثرت التغييرات في درجات الحرارة العالمية على حجم الصفائح الجليدية القطبية، مما غير مستوى سطح البحر. ثم أثرت تلك التغيرات على كمية الفوسفات التي وصلت إلى المحيط المفتوح، وكمية الكربون التي دفنت في الرواسب البحرية، وكمية ثاني أكسيد الكربون التي بقيت في الغلاف الجوي.
معًا، ساعدت هذه العمليات على تحديد ما إذا كانت الأرض ستصبح أكثر دفئًا أو برودة على مدى فترات طويلة من الزمن.
تم تأليف الدراسة الجديدة من قبل زونلي لو، أستاذ العلوم البيئية والأرضية في كلية الفنون والعلوم بجامعة سيراكيوز. تتناول كيف أثرت تغييرات مستويات البحر وظروف الأكسجين في المحيط على توافر الفوسفات وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على مدار الـ 60 مليون سنة الماضية.
تم نشر النتائج في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.
"نعلم أن ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي انخفض بشكل كبير مع برودة الأرض على مدى الـ 60 مليون سنة الماضية، لكن لم نفهم بشكل ملحوظ إلى أين انتهى ذلك الكربون،" تقول المؤلفة الرئيسية روز ريكابي، أستاذة علوم الأرض في جامعة أكسفورد، في مقالة إخبارية لقسمها. "تقترح نتائجنا أن دفن الكربون العضوي المعزز في الرواسب البحرية لعب دورًا أكثر أهمية مما كان يُقدر سابقًا."
في قلب الدراسة هو الفوسفور، خاصة الفوسفات، وهو عنصر غذائي يحتاجه الكائنات البحرية للنمو. يصف الباحثون الفوسفات كجزء "غير مرئي" سابق من لغز المناخ.
عندما كانت مستويات البحر مرتفعة، كانت الأرفف القارية الضحلة تغطي منطقة أكبر. هذه الأرفف احتجزت الفوسفات في الرواسب الساحلية، مما ترك كمية أقل من المغذيات متاحة في المحيط المفتوح.
مع قلة الفوسفات في الماء، تباطأ الإنتاج البحري. نمت كائنات أقل، وغرقت كمية أقل من الكربون العضوي إلى قاع البحر، ودفن كمية أقل من الكربون في الرواسب. أصبحت مياه المحيط أيضًا أكثر غنى بالأكسجين، بينما تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
أدى انخفاض مستويات البحر إلى تنشيط تغذية راجعة للكربون
عندما انخفض مستوى البحر، انتقل العملية في الاتجاه المعاكس.
مع انكماش الأرفف القارية، دخل المزيد من الفوسفات إلى الماء. دعمت هذه المغذيات الإضافية زيادة في الحياة البحرية. عندما توفيت الكائنات، غرقت بقاياها وتحللت، مستهلكة الأكسجين في الماء المحيط.
مع مرور الوقت، تشكلت مناطق منخفضة الأكسجين في المحيط. عندما وصلت تلك المناطق إلى الرواسب الغنية بالكربون على الأرفف القارية، نشأت عملية تغذية راجعة قوية.
تسبب نقص الأكسجين في تحرير الرواسب لمزيد من الفوسفات. شجع ذلك الفوسفات الإضافي على مزيد من النمو البحري، مما أدى إلى دفن أكبر للكربون العضوي في قاع البحر. مع إزالة المزيد من الكربون من المحيط والغلاف الجوي، انخفض مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.
"درس مؤلفنا المشارك، كريستيان بيجيروم، الارتباط بين مستوى البحر والأكسجين في المحيط والفوسفات باستخدام نموذج حاسوبي قبل عقدين من الزمن،" يقول لو. "أخيرًا جمعنا السجلات الجيولوجية اللازمة لاختبار هذه الفرضية."
نقطة مريحة لمستوى البحر لدفن الكربون
وجد الباحثون أن هذه التغذية الراجعة وصلت إلى أقصى قوتها عندما كان مستوى البحر يقف حوالي 10 إلى 40 مترًا فوق مستواه الحديث.