أدوات التأريخ.. رسائل الصخر وسحر الكيمياء يكشفان تاريخ الكوكب السحيق

بعد أن ذاع صيته في البلاد ونال مكانته المرموقة بين أقرانه العلماء، بات للفيزيائي الأسكتلندي “لورد كيلفن” نفوذ علمي وسلطة لا يتجرأ أحدٌ على منازعته بها. وبسبب اطلاعه الغزير وتمكنه الكبير من علم الديناميكا الحرارية، فقد دفعه ذلك إلى بسط ذراعيه نحو ما كان يشغل العلماء حينئذ في القرن التاسع عشر، وهو حساب عمر الأرض. فحاول أن يضع إطارا زمنيا للأرض، مشيرا إلى أنّ عمر الكوكب يتراوح بين 20-400 مليون سنة، ومستندا بادعائه هذا على المدة الزمنية التي ستسغرقها الأرض لتبرد وتيبس إذا ما كانت منصهرة بالكامل.

لكن ذلك لم يكن مقنعا ومرضيا لدى كثير ممن عاصروه، فهامش الخطأ كان كبيرا، وقد بدا الرقم شحيحا للغاية عند مقارنته بالشواهد الطبيعية والجيولوجية الحاضرة آنذاك. فيؤكد على ذلك الكاتب الساخر الأمريكي “مارك توين” في عمله “رسائل من الأرض”، إذ يقول: نظرا إلى ما أدلت به الشواهد الجيولوجية، فإنّ علماء عظماء توصلوا إلى قناعة بأنّ الأرض قديمة جدا، مع نسبة صوابهم العالية، لكن “لورد كيلفن” لا يتفق معهم. بل يتشبث بالرأي الأكثر حيطة بأنّ عمر الأرض لا يزيد عن 100 مليون سنة. وكون “لورد كيلفن” الجهة العلمية الأكثر ثقة في الوقت الراهن، فإن علينا تصديقه باعتقادي.1

إنّ من مزايا النشاط البشري منذ القدم الاهتمام بالتاريخ والتأريخ على حد سواء، فظهرت على سبيل المثال الرموز الهيروغليفية في الحضارة الفرعونية التي تعد وسيلة مهمة لحفظ الإرث التاريخي لمصر الضارب في القدم، وكذا الحال بالنسبة لعدد من الحضارات الأخرى المنقرضة في مختلف بقاع الأرض.

كما أن تطوّر عملية التدوين في عدّة ميادين كاختراع الورق واكتشاف الحبر، قد ساهم بشكل كبير في حفظ السجلات التاريخية والسرد القصصي لأحداث مرّت على الحضارة البشرية، ومع دخولنا نحو العالم الرقمي في القرن الماضي، باتت عملية التوثيق اللحظية أسهل من أيّ وقت مضى، فنحن ندرك جيدا متى وقعت الحرب العالمية الثانية ومتى انتهت، وفي أيّ عام هبط أوّل رجل على سطح القمر، ومتى استضافت قطر كأس العالم، والأمثلة كثيرة لا تنقضي.

وإنّ ذلك يمكن تفسيره بحكم معاصرتنا للأحداث وتوثيقها بعدة أنماط، ولكن ماذا عسانا نقول عن الفترات والحقب الزمنية البعيدة مثل معرفة أعمار الأجسام التي حولنا في الطبيعة، علما بأنّ علماء الأرض اليوم يمتلكون لائحة عُمرية طويلة تقديرية لمحطات مهمة مرّ بها كوكب الأرض، فمثلا قبل نحو 12500 سنة انتهى العصر الجليدي الأخير، وبدأت هجرات الاستيطان البشرية نحو القارة الأمريكية، وقبل 65 مليون سنة حدث الانقراض الجماعي الكبير وشُوهِد آخر ظهور للديناصورات، وقبل أكثر من 4.6 مليارات سنة كانت نشأة الأرض والشمس وبقية الكواكب في المجموعة الشمسية.

ولعلّ الوصول إلى أرقام واستنتاجات كهذه كان ناتجا عن عمل مشترك بين الملاحظات العينية والحسابات الرياضية المعقدة، وفهما لطبيعة العناصر الكيميائية التي يتكوّن منها كوكب الأرض. ومن المثير رؤية تطوّر عملية التأريخ الجيولوجي على مدى قرنين مرورا بعدة مراحل، وجميع آليات التأريخ تلك كانت تمنحنا نتائج متقاربة إذا ما وُضِعت جنبا لجنب.

مذكرة الأرض.. رسائل الشجر والصخر والثلج

ساهم التقدم في الكيمياء وعلم الأرض والفيزياء في ظهور عدّة آليات مختلفة تمكّن من تحديد عمر الكوكب، وإحدى تلك الوسائل كان “التأريخ بالصخور”، إذ لاحظ علماء الأرض أنّ للصخور الرسوبية مزايا عمريّة تشبه تلك الموجودة في جذوع الأشجار، فحلقات الأشجار -أو كما تُعرف بحلقات النمو- تتشكّل وتزداد حلقة حلقة مع مرور كلّ عام كامل. وكذا الحال بالنسبة للصخور، فبسبب تغير المواسم خلال العام تتغير نسبة الترسب في الصخور، فتنشأ خطوط وفواصل ذات دلالات زمنية، تُقدّر عادة بالعام ويُطلق عليها اصطلاحا “طبقات الصخور السنوية”.

كما أنّ الطبقات الجليدية أو الثلجية كذلك تُعد دليلا حقيقيا لمعرفة عمر الأرض، أو العمر الجيولوجي لبقعة ما، وتُعرف هذه الدراسة بـ”علم دراسة طبقات الأرض” (Stratigraphy). وبسبب طبيعة التصلّب في الجليد، فإن هذه الطبقات تبقى في حال سليمة محفوظة تمتد إلى آلاف السنين. ويُعد “مبدأ التراكب” (Law of Superposition) أحد البديهيات التي تستند عليها عملية التأريخ بواسطة الصخور؛ إذ يشير إلى أن الطبقات السفلى دوما هي الأقدم مقارنة بالطبقات العليا.

ومع اكتشاف الصفائح التكتونية التي تُشكّل القشرة الخارجية للأرض، ظهرت آلية “التأريخ بمعدلات التغير في هذه الصفائح”. فقد بات من المعروف بأنّ الجبال والوديان والتضاريس بشكل عام تتشكّل إثر تداخل الصفائح التكتونية ببعضها باختلاف حركتها. وبدراسة معدل التغير الحاصل يمكن الرجوع بالزمن إلى الوراء ومعرفة الفترة الزمنية الفاصلة.

ومثال على ذلك جزر هاواي الضخمة التي برزت من وسط المحيط الهادئ، وما زالت تكشف المزيد عن نفسها عاما بعد عام بسبب الحمم البركانية الدورية التي تطفو على سطحها.

ومن حسن الحظ أن العلماء قد توصلوا إلى أن البراكين النشطة تنمو بمعدل متر كلّ قرن. وبحسب ما رُصد فإنّ أعلى قمة في الجزيرة تعد قمة “ماونا كيا” التي يزيد ارتفاعها عن 4 كم فوق سطح البحر، كما أنّ القمة نفسها يفصل بينها وبين قاع المحيط الهادئ مسافة تقارب 10 كم. وعليه فإن ضُرب الرقم الأخير بمعدّل التغير الذي أشرنا إليه سابقا (متر لكل 100 عام)، فإنّ الناتج يكون مليون سنة، وهو العمر التقريبي للجزيرة.2

وعلى هذا النحو تكون دراسة وحساب أعمار التضاريس المتفرقة ومعرفة تاريخ نشأتها، لكنها تبقى وسيلة تقريبية لا يمكن الجزم بصحتها دوما دون إسنادها بآلية أخرى، كما أنها تبقى محدودة بتواريخ قريبة نسبيا، إذا ما قورنت بعمر الأرض الحقيقي.

النظائر المشعة.. سحر الكيمياء يكشف الأسرار العميقة

يُعد التأريخ الإشعاعي أو التأريخ بالنظائر المشعة أكثر الآليات صحة ودقة على الإطلاق، فلطالما استطاع العلماء بواسطة هذه الآلية العودة بالزمن ملايين السنوات إلى الوراء، بل حتى مليارات السنوات. وتكمن الفكرة وراء التأريخ الإشعاعي في دراسة وجود نظائر عناصر كيميائية مشعّة في الأجسام المطلوب حساب عمرها ومقارنتها بنسبة الاضمحلال الإِشعاعي الحاصل لهذه النظائر، وباستخدام معدلات الاضمحلال الإشعاعي المعروفة علميا بـ”عمر النصف” (Half-life)، فإنّ العلماء قادرون على حساب عمر أيّ جسم أو مادة كانت، سواء كانت قطعة خشب أثرية أو صخرة أو أحفورة.

يمتلك العلماء اليوم لائحة كاملة بجميع معدلات الاضمحلال الإشعاعي للنظائر الكيميائية، وتتباين هذه المعدلات عُمريا فيما بينها. فعلى سبيل المثال يُستخدم نظير “السماريوم 147” لتحديد عمر عينات الصخور القديمة، في حين يُستخدم نظير “الكربون 14” في تأريخ الأجسام والمواد العضوية التي يتراوح عمرها بين 100 سنة إلى 50 ألف سنة، وهي الطريقة الأكثر استخداما من قبل علماء الآثار.

ولو افترضنا على سبيل المثال حيوانا بريّا كحيوان الماموث الذي انقرض منذ عدّة آلاف سنة، أو حتى أيّ نبتة موجودة في الطبيعة، فإنها حينما تتعرض للموت ستتوقف عن كسب المزيد من عنصر الكربون في جسمها، في حين سيبدأ “كربون-14″ -وهو نظير مشع للكربون- في التحلل أو -بمعنى أصح- الاضمحلال. في ذلك الحين يمكن قياس مدى نسبة الاضمحلال الحاصل، ومقارنتها بمعدل الاضمحلال لـ”كربون-14”.3

والنظائر بشكل مختصر هي ذرات لنفس العنصر الكيميائي بنفس العدد الذري، أي نفس عدد الإلكترونات، لكن تختلف بالكتلة الذرية بسبب اختلاف عدد النيوترونات الموجودة في نواتها. ولا تختلف النظائر عن العناصر من نفس النوع بأي خصائص كيميائية، بسبب اشتراكهم بذات عدد الإلكترونات.

وعليه فثمّة عدد من الطرق والأساليب التي تعتمد على التأريخ الإشعاعي، وأشهرها استخداما التأريخ بنظائر “البوتاسيوم-الأرغون”، والتأريخ بنظائر “الرصاص-اليورانيوم”، والتأريخ بنظائر “الكلور-36″، وهناك كثير غيرها، ولكل طريقة استخدامها ومجالها واستهلاكها للوقت.

وقد شوهد أوّل استخدام للتأريخ الإشعاعي على يد العالم الأمريكي “بيرترام بولتوود” عام 1907، وقد فتح بوّابة التاريخ على مصراعيها لدراسة الأرض، ولبناء النموذج الحديث من المقياس الزمني الجيولوجي الذي تعتمده كبرى المؤسسات العلمية اليوم، فعلى الرغم من عدم اكتماله بعد، فإنه يبقى أكثر السجلات التاريخية الجيولوجية دقة وموثوقية.

مقياس الجيولوجيا.. تقويم زمني يحفظ سجلات الكوكب

إنّ تاريخ الأرض أشبه بلوحة فسيفساء ضخمة لا مثيل لها، متعددة القطع والثغرات بحكم عمرها الطويل، والعثور على قطعها المفقودة ووضعها في المكان الصحيح يُعد تحديا كبيرا بالنسبة لعلماء الأرض والباحثين، والأمر هنا غير مقصور البتة على شريحة علمية واحدة، بل إنّ الجميع يتشارك في عملية البحث والتنقيب بحكم مساحة الأرض الكبيرة، فهي أقرب لأن تكون عملية تكاملية وتعاونية.

ويمثل المقياس الجيولوجي للأرض تقويما زمنيا (رُزنامة) يبدأ مع نشأتها وينتهي إلى وقتنا الحاضر، كما يتجزأ هذا التقويم إلى عدّة فترات رئيسية يُطلق عليها “دهور” ومفردها “دهر”، وتنقسم إلى فترات زمنية أقصر مدة يُطلق عليها “حُقب”، وتستمر عملية التشعّب فيتبعها في الترتيب “عصر” ثمّ “فترة” وأخيرا “مرحلة”.

وما يظهر من هذا التقويم اختلافه عن التقويم السنوي المعتاد، إذ أنّ الفترات الزمنية وتشعباتها غير متساوية، ويظهر ذلك جليا عند حديثنا عن أول الدهور، ويُعزى هذا التباين في الزمن إلى الأحداث والتقلبات التي تطرأ على الكوكب، وأيضا التطورات التي قد تتطلب وقتا مثل تصلّب الكوكب أو تعافيه من كارثة طبيعية، كسقوط نيزك أو حدوث فوران بركاني عنيف.

بالإضافة إلى أنّ السجل الأحفوري يمثّل قاعدة ومرجعية تستند عليها عملية تجزئة المقياس الزمني الجيولوجي، فظهور أصناف الكائنات الحية واندثارها يُعد مؤشرا لتغيرات جيولوجية. ويُعد أحد أكثر المخططات القياسية استخداما، هو ذلك الذي يوضح العلاقات بين الفواصل الزمنية المختلفة للوقت الجيولوجي، وهو “مخطط كرونوستراتيغرافيك الدولي” الذي أقّرته منظمة اللجنة الدولية للطبقات (International Commission on Stratigraphy) في عام 1974. 4

تُعنى كلّ فترة بمدّة زمنية محددة، وسيأتي تفصيل ذلك عند المرور على كلّ مدّة وتعريفها وذكر أصنافها وأبرز الأحداث التي مرّت خلالها.

من الدهر الجحيمي إلى دهر البشائر.. مراحل نشأة الأرض

تمثلّ الدهور التصنيف الأكبر والأساسي الذي تتفرع منه بقيّة الأزمنة، وتنقسم إلى 4 أقسام رئيسية وهي على الترتيب الآتي: الدهر الجهنمي، والدهر السحيق، ودهر الطلائع، وآخرها دهر البشائر. ويقدّر الدهر بنصف مليار سنة أو أكثر.

تمثّل الدهور الثلاثة الأولى نسبة 88% من عمر الأرض، أي منذ بدء تكوين الأرض وحتى 541 مليون سنة مضت، وهي الفترة التي شهدت ما يُعرف بانفجار الكامبري، وهو وصف مجازي لاستدلال على التغير العميق في أنماط الحياة على الكوكب، إذ أنه قبل هذا الحد الزمني كانت المخلوقات الحية بسيطة التركيب وصغيرة ووحيدة الخلية، وهو ما تشير إليه أقدم الأحافير المكتشفة لكائنات معقدة التركيب.

يشكل الدهر الجهنمي (Hadean) الفترة الأولى من تكوين الأرض لمدة زمنية تبلغ 600 مليون سنة، وما نمتلكه من دلالات أو معلومات جيولوجية لهذا الدهر تكاد تكون معدومة أو غير متوفرة في الوقت الحاضر، بسبب ندرة أو صعوبة الوصول إلى صخور تشكّلت في تلك الفترة.

ثم يتبعه الدهر السحيق (Archean) الذي امتد بين 4 إلى 2.5 مليارات سنة مضت، وهي مدة زمنية تصل إلى 1.5 مليار سنة. وفي هذه الفترة على حد وصف علماء الأرض، فإنّ قشرة الأرض قد بردت بعد أن كانت منصهرة إثر ارتطامها بكوكب ضخم بحجم المريخ يُدعى “ثيا”.

لقد ساهم تكوّن القشرة في نشوء القارات، وفي ظهور أول أنماط الحياة القديمة البسيطة، لتدخل بذلك الأرض إلى دهر جديد هو دهر الطلائع (Proterozoic)، وهو أطول الدهور زمنا، ويمتد إلى نحو مليارين من السنين. وقد شهد هذا الدهر بدء تكوّن الغلاف الجوي الثانوي للأرض، في حين أخذ الأوكسجين بالانتشار بمعدلات متسارعة مع ظهور عملية البناء الضوء لدى النباتات.

ثمّ قبل نصف مليار سنة فقط، ظهرت الكائنات الحية معقدة التركيب وفق السجلات الأحفورية، وتُسمى هذه الفترة دهر البشائر (Phanerozoic)، وهو الدهر الذي ظهرت فيه أعداد لا تحصى من الكائنات الحية المتنوعة، وظهرت أنماط الحياة المركبة المعقدة التي نعرفها اليوم، ويمتد من 541 مليون سنة مضت حتى وقتنا الحالي، كما أنّه ينقسم إلى ثلاث حقب هي: الحياة القديمة، والحياة الوسطى، والحياة الحديثة.

وبحكم أننا معنيون أكثر بدراسة هذا العصر، فإننا سنصب جلّ تركيزنا على دهر البشائر وتفرعاته وأقسامه وكلّ ما يقودنا إلى تاريخ الأرض الحاضر، علما بأنّ جميع الدهور السابقة لها مداخلها وتفرعاتها.

حقب الحياة.. أطوار متقلبة خلال مئات ملايين السنين

يُقدّر عمر الحقبة بعدّة ملايين من السنين، ويندرج تحت هذه الحقب الثلاث 12 فترة زمنية أخرى تُعرف بالعصور، ولكل حقبة ما يميزها عن غيرها، وأولاها حقبة الحياة القديمة “الباليوزي” (Paleozoic) التي امتدت بين 543-280 مليون سنة مضت، وتشمل العصور الستة التالية:

العصر الكامبري الذي ذكرنا سابقا. العصر الأردوفيشي. العصر السيلوري. العصر الديفوني. العصر الكربوني. العصر البرمي.

ومما هو جدير بالذكر أنه في هذه الحقبة كانت قارات الأرض تتمركز في منتصف الكوكب، مشكّلة قارة “بانغيا” الضخمة، ويحدها من جميع الأطراف محيطٌ هائل.

أما حقبة الحياة المتوسطة “الميسوزي” (Mesozoic)، فقد امتدت بين 248-65 مليون سنة مضت، وفيها ظهرت الثدييات التي سادت الأرض بعد حدوث الانقراض العظيم الذي أودى بحياة 80% نوع من المخلوقات الحيّة، على رأسها الديناصورات التي لم تلبث أن انقرضت مباشرة بعد سقوط نيزك هائل على الأرض، وفق النظريات الحديثة.

وتنقسم هذه الحقبة إلى 3 عصور، وهي:

عصر الترياسي الذي انتهى بانقراض ربع الكائنات الحية وقتئذ، مما عزز قدرة الديناصورات على احتلال اليابسة وانتشارها. العصر الجوراسي، وهو فترة ظهور الديناصورات العملاقة. العصر الطباشيري.

وآخر الحقب وأحدثها حقبة الحياة الحديثة “السينوزوي” (Cenozoic)، وقد بدأت منذ حادثة انقراض الديناصورات واستمرت إلى هذا الحين، وتنقسم إلى ثلاثة عصور:

عصر الباليوجين. عصر النيوجيني. العصر الرباعي.

العصر الرباعي.. إيذان بنهاية الجليد وبداية الحضارة

العصور هي فترة زمنية تتراوح بين 10 إلى 100 مليون سنة، ويتلوها في التقسيم الزمني “الفترات”، وقياسا على آخر العصور في التقويم، فإن العصر الرباعي (Quaternary) يتجزأ إلى فترتين اثنتين: البليستوسين والهولوسين. وفي تفصيل هاتين الفترتين، فإنّ فترة البليستوسين (Pleistocene) تمتد من 2.5 مليون سنة إلى نحو 11 ألف سنة مضت، وفيها شهدت الأرض انتهاء العصر الجليدي الأخير الذي كان يُغطي معظم الأرض.

وفي فترة الهولوسين (Holocene) التي بدأت منذ 11 ألف عام وما زالت مستمرة، فإن الكوكب يشهد نهضة الحضارة البشرية في شتى بقاع المعمورة، ولا عجب بأنّ هذا التطور الحضاري الحاصل هو بسبب الظروف الملائمة التي نعاصرها اليوم، إلا أنّ ذلك لن يدوم طويلا وفق التوقعات الجيولوجية، لأن الدورة الجليدية التي ستضرب الأرض مجددا، ستطرق الأبواب قريبا في غضون بضعة آلاف من السنين.5

إن ما يسعى إليه دوما علماء الأرض هو رسم خارطة زمنية للكوكب لقراءة المشهد بما يتوافق مع الدلالات الموجودة في الطبيعة، فنجد بأنّ المقياس الزمني الجيولوجي ما زال ينغمس في التفاصيل التاريخية، ولا يبدو أنّ النهر المتدفق القادم من تاريخ الأرض العتيق سينحسر في نقطة ما، فما زال هناك المزيد من البحث والتنقيب.

 

المصادر

[1] بورشفيلد، جو (1990). لوريد كيلفن وعمر الأرض. مطبعة جامعة شيكاغو، شيكاغو. ص168

[2] هازن، روبرت (2010). كم يبلغ عمر الأرض؟ وكيف يمكن تحديد ذلك؟. تم الاسترداد من: https://evolution-outreach.biomedcentral.com/articles/10.1007/s12052-010-0226-0#Sec3

[3] هارت، أماليه (2021). ما هو التأريخ الإشعاعي؟. تم الاسترداد من: https://cosmosmagazine.com/earth/earth-sciences/what-is-radiometric-dating/#:~:text=The%20basic%20logic%20behind%20radiometric,the%20age%20of%20the%20sample

[4] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). الزمن الجيولوجي. تم الاسترداد من: https://www.britannica.com/science/geologic-time

[5] محررو الموقع (التاريخ غير معروف). كيف قام العلماء بحساب عمر الأرض؟. تم الاسترداد من: https://education.nationalgeographic.org/resource/how-did-scientists-calculate-age-earth