8.5: التأثيرات الكونية على تطور الأرض
- Page ID
- 197134
أهداف التعلم
في نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:
- اشرح ندرة الحفر الصدمية على الأرض مقارنة بالكواكب والأقمار الأخرى
- وصف الأدلة على التأثيرات الأخيرة على الأرض
- وضح بالتفصيل كيف غيّر التأثير الهائل ظروف الحياة على الأرض، مما أدى إلى انقراض الديناصورات
- وصف كيف أثرت التأثيرات على تطور الحياة على الأرض
- ناقش البحث عن الأشياء التي من المحتمل أن تصطدم بكوكبنا
عند مناقشة جيولوجيا الأرض في وقت سابق من هذا الفصل، تناولنا فقط تأثيرات القوى الداخلية، التي تم التعبير عنها من خلال عمليات الصفائح التكتونية والبركانية. على القمر، في المقابل، نرى في المقام الأول الحفر، الناتجة عن تأثيرات الحطام بين الكواكب مثل الكويكبات والمذنبات. لماذا لا نرى المزيد من الأدلة على الأرض لأنواع الحفر الصدمية البارزة جدًا على القمر والعوالم الأخرى؟
أين الحفر على الأرض؟
لا يمكن أن تنجو الأرض من الاصطدام بالحطام بين الكواكب الذي وضع علامة على القمر. من منظور كوني، يقع القمر في الجوار تقريبًا. الغلاف الجوي لدينا يجعل قطعًا صغيرة من الحطام الكوني تحترق (والتي نراها على أنها نيازك - تسمى عادةً نجوم الرماية). لكن طبقات الهواء لدينا لا توفر أي درع ضد التأثيرات الكبيرة التي تشكل فوهات يبلغ قطرها عدة كيلومترات وهي شائعة على القمر.
لذلك يجب أن تكون الأرض، على مدار تاريخها، قد تأثرت بشدة مثل القمر. الفرق هو أن هذه الحفر على الأرض يتم تدميرها بواسطة جيولوجيتنا النشطة قبل أن تتراكم. نظرًا لأن الصفائح التكتونية تجدد قشرتنا باستمرار، فإن الأدلة على أحداث الحفر السابقة تمحى ببطء. فقط في العقود القليلة الماضية نجح الجيولوجيون في تحديد البقايا المتآكلة للعديد من الحفر الصدمية (الشكل\(\PageIndex{1}\)). والأكثر حداثة هو إدراكنا أنه على مدار تاريخ الأرض، كان لهذه التأثيرات تأثير مهم على تطور الحياة.
التأثيرات الأخيرة
إن اصطدام الحطام بين الكواكب بالأرض ليس فكرة افتراضية. يمكن العثور على أدلة على التأثيرات الحديثة نسبيًا على سطح كوكبنا. وقع حادث تصادم تاريخي مدروس جيدًا في 30 يونيو 1908، بالقرب من نهر تونغوسكا في سيبيريا. في هذه المنطقة المهجورة، كان هناك انفجار ملحوظ في الغلاف الجوي على بعد حوالي 8 كيلومترات فوق السطح. أدت موجة الصدمة إلى تسطيح أكثر من ألف كيلومتر مربع من الغابات (الشكل\(\PageIndex{2}\)). وقُتلت قطعان الرنة وغيرها من الحيوانات، وأُلقي رجل في مركز تجاري على بعد 80 كيلومتراً من الانفجار من كرسيه وفقد الوعي. انتشرت موجة الانفجار في جميع أنحاء العالم، كما هو مسجل بواسطة أدوات مصممة لقياس التغيرات في الضغط الجوي.
على الرغم من هذا العنف، لم يتم تشكيل أي حفر بسبب انفجار تونغوسكا. تحطمت القذيفة الحجرية التي تحطمت بسبب الضغط الجوي وكتلتها حوالي 10000 طن فوق سطح كوكبنا لإحداث انفجار يعادل قنبلة نووية بقوة 5 ميغاطن. لو كانت أصغر أو أكثر هشاشة، لكان الجسم المصاب قد بدد طاقته على ارتفاع عالٍ وربما لم يجذب أي اهتمام. اليوم، تتم مراقبة مثل هذه الانفجارات الجوية عالية الارتفاع بانتظام بواسطة أنظمة المراقبة العسكرية.
لو كانت قذيفة تونغوسكا أكبر حجمًا أو مصنوعة من مادة أقوى (مثل المعدن)، لكان قد اخترق كل الطريق إلى سطح الأرض وانفجر ليشكل حفرة. وبدلاً من ذلك، لم تصل إلى السطح سوى الحرارة والصدمة الناتجة عن الانفجار الجوي، لكن الدمار الذي خلفه الانفجار في سيبيريا كان شاهداً على قوة هذه التأثيرات. تخيل لو أن نفس المصدم الصخري قد انفجر فوق مدينة نيويورك في عام 1908؛ ربما تسجله كتب التاريخ اليوم كواحد من أكثر الأحداث فتكًا في تاريخ البشرية.
شهد عشرات الآلاف من الأشخاص بشكل مباشر انفجار قذيفة أصغر (20 مترًا) فوق مدينة تشيليابينسك الروسية في صباح الشتاء الباكر من عام 2013. وانفجرت على ارتفاع 21 كيلومترًا في موجة من الضوء أكثر إشراقًا من الشمس، وكسرت الموجة الصدمية لانفجار 0.5 ميغاطن عشرات الآلاف من النوافذ وأرسلت مئات الأشخاص إلى المستشفى. تم جمع شظايا الصخور (النيازك) بسهولة من قبل الناس في المنطقة بعد الانفجار لأنها سقطت على الثلج الطازج.
يقدم الدكتور ديفيد موريسون، أحد المؤلفين الأصليين لهذا الكتاب المدرسي، حديثًا غير تقني عن انفجار تشيليابينسك وآثاره بشكل عام.
تشكلت الحفرة الأخيرة الأكثر شهرة على الأرض منذ حوالي 50,000 عام في ولاية أريزونا. كانت القذيفة في هذه الحالة عبارة عن كتلة من الحديد يبلغ قطرها حوالي 40 مترًا. تُعرف الحفرة الآن باسم Meteor Crater وهي من المعالم السياحية الرئيسية في طريقها إلى جراند كانيون، ويبلغ عرضها حوالي ميل وتحتوي على جميع الميزات المرتبطة بالحفر ذات الحجم المماثل على سطح القمر (الشكل\(\PageIndex{3}\)). تعتبر فوهة النيزك واحدة من ميزات التأثير القليلة على الأرض التي لا تزال سليمة نسبيًا; تتآكل بعض الحفر القديمة لدرجة أن العين المدربة فقط هي التي يمكنها تمييزها. ومع ذلك، تم تحديد أكثر من 150. (راجع قائمة المواقع المقترحة على الإنترنت في نهاية هذا الفصل إذا كنت تريد معرفة المزيد عن ندوب التأثير الأخرى هذه.)
الإنقراض الجماعي
كان التأثير الذي أنتج Meteor Crater سيكون مثيرًا بالفعل لأي إنسان شاهده (من مسافة آمنة) نظرًا لأن إطلاق الطاقة كان يعادل قنبلة نووية تبلغ 10 ميجا طن. لكن مثل هذه الانفجارات مدمرة فقط في مناطقها المحلية؛ ليس لها عواقب عالمية. ومع ذلك، يمكن للتأثيرات الأكبر (والأكثر ندرة) أن تخل بالتوازن البيئي للكوكب بأكمله وبالتالي تؤثر على مسار التطور.
حدث التأثير الكبير الأكثر توثيقًا منذ 65 مليون سنة، في نهاية ما يسمى الآن بالفترة الطباشيري للتاريخ الجيولوجي. تميزت هذه المرة في تاريخ الحياة على الأرض بانقراض جماعي، حيث مات أكثر من نصف الأنواع على كوكبنا. هناك عشرات حالات الانقراض الجماعي أو أكثر في السجل الجيولوجي، لكن هذا الحدث بالذات (الملقب بـ «الموت العظيم») أثار دائمًا اهتمام علماء الحفريات لأنه يمثل نهاية عصر الديناصورات. لقد ازدهرت هذه المخلوقات العظيمة وهيمنت على مدى عشرات الملايين من السنين. ثم اختفت فجأة (إلى جانب العديد من الأنواع الأخرى)، وبعد ذلك بدأت الثدييات في التطور والتنويع الذي أدى في النهاية إلى وجودنا جميعًا.
اصطدم الجسم الذي اصطدم بالأرض في نهاية العصر الطباشيري بحرًا ضحلًا في ما يعرف الآن بشبه جزيرة يوكاتان في المكسيك. يجب أن تكون كتلته أكثر من تريليون طن، تم تحديدها من خلال دراسة طبقة عالمية من الرواسب المترسبة من سحابة الغبار التي غطت الكوكب بعد تأثيره. تم تحديد طبقة الرواسب هذه لأول مرة في عام 1979، وهي غنية بمعدن الإيريديوم النادر والعناصر الأخرى الوفيرة نسبيًا في الكويكبات والمذنبات، ولكنها نادرة جدًا في القشرة الأرضية. على الرغم من تخفيفه بالمواد التي استخرجها الانفجار من سطح الأرض، إلا أنه لا يزال من الممكن تحديد هذا المكون الكوني. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي هذه الطبقة من الرواسب على العديد من المعادن المميزة لدرجات الحرارة وضغوط الانفجار الهائل.
أدى التأثير الذي أدى إلى انقراض الديناصورات إلى إطلاق طاقة تعادل 5 مليارات قنبلة نووية بحجم هيروشيما وحفر حفرة يبلغ عرضها 200 كيلومتر وعمقها بما يكفي لاختراق القشرة الأرضية. هذه الحفرة الكبيرة، التي سميت Chicxulub لبلدة صغيرة بالقرب من وسطها، تم دفنها لاحقًا في الرواسب، ولكن لا يزال من الممكن تحديد الخطوط العريضة لها (الشكل\(\PageIndex{4}\)). أدى الانفجار الذي تسبب في فوهة Chicxulub إلى رفع حوالي 100 تريليون طن من الغبار إلى الغلاف الجوي. يمكننا تحديد هذه الكمية عن طريق قياس سماكة طبقة الرواسب التي تشكلت عندما استقر هذا الغبار على السطح.
مثل هذه الكمية من المواد المحمولة جواً كانت ستحجب ضوء الشمس تمامًا، وتغرق الأرض في فترة من البرد والظلام استمرت عدة أشهر. كان من الممكن أن تموت العديد من النباتات التي تعتمد على ضوء الشمس، مما يترك الحيوانات التي تأكل النباتات بدون إمدادات غذائية. وشملت الآثار العالمية الأخرى الحرائق واسعة النطاق (التي بدأت بالحطام الساخن المتطاير من الانفجار) التي دمرت الكثير من غابات الكوكب والأراضي العشبية، وفترة طويلة كانت فيها مياه الأمطار في جميع أنحاء العالم حمضية. كانت هذه الآثار البيئية، وليس الانفجار نفسه، هي المسؤولة عن الانقراض الجماعي، بما في ذلك زوال الديناصورات.
التأثيرات وتطور الحياة
أصبح من الواضح أن العديد من حالات الانقراض الجماعي - وربما معظمها - في تاريخ الأرض الطويل نتجت عن مجموعة متنوعة من الأسباب الأخرى، ولكن في حالة قاتل الديناصورات، لعب التأثير الكوني بالتأكيد دورًا حاسمًا وربما كان «القشة الأخيرة» في سلسلة من الاضطرابات المناخية التي أدت إلى» الموت العظيم.»
ومع ذلك، فإن كارثة لمجموعة واحدة من الكائنات الحية قد تخلق فرصًا لمجموعة أخرى. بعد كل انقراض جماعي، يحدث انفجار تطوري مفاجئ مع تطور أنواع جديدة لملء المنافذ البيئية التي فتحها الحدث. منذ خمسة وستين مليون سنة، بدأ أسلافنا، الثدييات، بالازدهار عندما ماتت العديد من الأنواع الأخرى. نحن المستفيدون المحظوظون من هذه العملية.
تمثل تأثيرات المذنبات والكويكبات الآليات الوحيدة التي نعرفها والتي يمكن أن تسبب كوارث عالمية حقيقية وتؤثر بشكل خطير على تطور الحياة في جميع أنحاء الكوكب. كما لاحظ عالم الحفريات ستيفن جاي جولد من جامعة هارفارد، فإن مثل هذا المنظور يغير بشكل أساسي نظرتنا للتطور البيولوجي. يجب أن تشمل القضايا المركزية لبقاء الأنواع الآن أكثر من مجرد نجاحها في التنافس مع الأنواع الأخرى والتكيف مع البيئات المتغيرة ببطء، كما هو متصور في فكرة داروين عن الانتقاء الطبيعي. مطلوب أيضًا القدرة على النجاة من الكوارث العالمية العشوائية بسبب التأثيرات.
في وقت سابق من تاريخها، تعرضت الأرض لتأثيرات أكبر من الحطام المتبقي من تكوين الكوكب. نحن نعلم أن القمر تعرض بشكل متكرر لأجسام يزيد قطرها عن 100 كيلومتر - أي أكبر 1000 مرة من الجسم الذي قضى على معظم الحياة الأرضية قبل 65 مليون سنة. يجب أن تكون الأرض قد تعرضت لتأثيرات كبيرة مماثلة خلال أول 700 مليون سنة من وجودها. ربما كان بعضها عنيفًا بما يكفي لتجريد الكوكب من معظم غلافه الجوي وغلي محيطاته. مثل هذه الأحداث من شأنها تعقيم الكوكب وتدمير أي حياة بدأت. ربما تكون الحياة قد تشكلت وتم القضاء عليها عدة مرات قبل أن يترسخ أسلافنا الميكروبيون في وقت ما قبل حوالي 4 مليارات سنة.
يمكن أيضًا تفسير حقيقة أن أقدم الميكروبات الباقية على الأرض هي ميكروبات حرارية (تتكيف مع درجات حرارة عالية جدًا) من خلال هذه التأثيرات الكبيرة. إن التأثير الذي كان صغيرًا جدًا بحيث لا يمكن تعقيم الكوكب سيظل يدمر أي شيء يعيش في ما نعتبره بيئات «طبيعية»، ولن يبقى على قيد الحياة سوى المخلوقات التي تتكيف مع درجات الحرارة المرتفعة. وبالتالي، فإن أقدم أشكال الحياة الأرضية الباقية هي على الأرجح بقايا نوع من الاختناق التطوري الناجم عن التأثيرات الكبيرة المتكررة في وقت مبكر من تاريخ الكوكب.
التأثيرات في مستقبلنا؟
إن تأثيرات الكويكبات والمذنبات التي كان لها مثل هذا التأثير الكبير على الحياة ليست بالضرورة شيئًا من الماضي. في النطاق الكامل لتاريخ الكوكب، قبل 65 مليون سنة كان بالأمس فقط. تدور الأرض فعليًا حول الشمس داخل نوع من معرض التصوير الكوني، وعلى الرغم من ندرة التأثيرات الرئيسية، إلا أنها لم تنته بأي حال من الأحوال. يمكن أن تعاني البشرية من نفس مصير الديناصورات، أو تفقد مدينة بسبب التأثيرات الأكثر تكرارًا مثل تلك فوق تونغوسكا، ما لم نكتشف طريقة للتنبؤ بالتأثير الكبير التالي وحماية كوكبنا. قد تكون حقيقة أن نظامنا الشمسي موطن لبعض الكواكب الكبيرة جدًا في المدارات الخارجية مفيدة لنا؛ يمكن أن تكون مجالات الجاذبية لتلك الكواكب فعالة جدًا في سحب الحطام الكوني وحمايتها من التأثيرات الأكبر والأكثر تكرارًا.
بدءًا من التسعينيات، بدأ عدد قليل من علماء الفلك في تحليل خطر التأثير الكوني وإقناع الحكومة بدعم البحث عن الكويكبات التي يحتمل أن تكون خطرة. يتم الآن استخدام العديد من التلسكوبات الصغيرة والمتطورة ذات المجال الواسع لهذا البحث، والذي يسمى مسح ناسا سبيسغارد. نحن نعلم بالفعل أنه لا توجد حاليًا كويكبات في مسار تصادم مع الأرض بحجم (10-15 كيلومترًا) مثل تلك التي قتلت الديناصورات. يركز مسح Spaceguard الآن على إيجاد تأثيرات محتملة أصغر. بحلول عام 2015، كان البحث قد كشف عن أكثر من 15000 كويكب قريب من الأرض، بما في ذلك معظم الكويكبات التي يزيد حجمها عن كيلومتر واحد. لا يشكل أي من أولئك الذين تم اكتشافهم حتى الآن أي خطر علينا. بالطبع، لا يمكننا الإدلاء ببيان مماثل حول الكويكبات التي لم يتم اكتشافها بعد، ولكن سيتم العثور عليها وتقييمها واحدة تلو الأخرى لمخاطرها المحتملة. تعد عمليات مسح الكويكبات هذه واحدة من مشاريع الحياة والموت القليلة التي ينفذها علماء الفلك، مع إمكانية المساعدة في إنقاذ كوكبنا من التأثيرات الرئيسية المستقبلية.
مقياس Torino Impact Hazard هو طريقة لتصنيف مخاطر الارتطام المرتبطة بالأجسام القريبة من الأرض مثل الكويكبات والمذنبات. إنها أداة اتصال لعلماء الفلك والجمهور لتقييم خطورة تنبؤات التصادم من خلال الجمع بين إحصائيات الاحتمالات وإمكانات الضرر الحركي المعروفة في قيمة تهديد واحدة.
تتيح لك حاسبة «Impact: Earth» من جامعة Purdue إدخال خصائص الكويكب المقترب لتحديد تأثير تأثيره على كوكبنا.
ملخص
تأثرت الأرض، مثل القمر والكواكب الأخرى، بتأثيرات الحطام الكوني، بما في ذلك الأمثلة الحديثة مثل فوهة النيزك وانفجار تونغوسكا. كانت التأثيرات السابقة الأكبر متورطة في بعض حالات الانقراض الجماعي، بما في ذلك التأثير الكبير قبل 65 مليون سنة في نهاية العصر الطباشيري الذي قضى على الديناصورات والعديد من الأنواع الأخرى. اليوم، يعمل علماء الفلك على التنبؤ بالتأثير التالي مقدمًا، بينما بدأ علماء آخرون في فهم تأثير التأثيرات على تطور وتنوع الحياة على الأرض.
مسرد المصطلحات
- الإنقراض الجماعي
- الاختفاء المفاجئ في السجل الأحفوري لعدد كبير من أنواع الحياة، لتحل محلها أحافير أنواع جديدة في الطبقات اللاحقة؛ الانقراضات الجماعية هي مؤشرات للتغيرات الكارثية في البيئة، مثل التي قد تنتج عن تأثير كبير على الأرض