الخصائص الجيوكيميائية لملايين الجسيمات الجوية الفردية المحبوسة في جليد القارة القطبية الجنوبية عبر الانتقال الأخير بين العصر الجليدي والداخلي

دلائل الغبار المخفية في الجليد القديم

عاليًا فوق المحيط الجنوبي، تدور حبيبات الغبار الصغيرة ورماد البراكين في الهواء إلى أن تستقر على ثلوج القارة القطبية الجنوبية. طبقة بعد طبقة يتحول هذا الثلج إلى جليد، محبوسًا سجلًا مفصلاً لغلاف الأرض الجوي الماضي. تُظهر هذه الدراسة كيف أصبح بإمكان العلماء الآن قراءة ذلك السجل حبة بحبة، باستخدام تقنية متقدمة لتحليل ملايين الجسيمات الفردية من جليد القارة القطبية الجنوبية. تُلقي نتائجهم الضوء على كيفية تغير مصادر الغبار والنشاط البركاني وحتى حياة المحيطات مع احتضان الكوكب من العصر الجليدي الأخير إلى المناخ المعتدل الذي نعرفه اليوم.

حبوب زمنية مجمدة للهواء

تُشبه أنوية جليد القارة القطبية الجنوبية حلقات الأشجار للغلاف الجوي. مع هطول الثلج، تحبس تلك الطبقات جسيمات معدنية صغيرة تحملها الرياح من صحارى بعيدة وقيعان بحرية مكشوفة وأراضٍ محلية خالية من الجليد. على مدى عشرات الآلاف من السنين، تجمدت تلك الجسيمات في مواضعها، محافظًة على معلومات عن مصدرها ومقدار الغبار الذي حملته الهواء سابقًا. أجرى الباحثون في السابق قياسات كيميائية متوسطة للغبار كمجموع، أو درسوا فقط بضعة مئات من الجسيمات في كل مرة. كان ذلك يجعل الربط بين كمية الغبار وتركيبه ومصدره على مستوى الحبيبة الفردية أمراً صعبًا، خصوصًا خلال التحول الدرامي من الفترة الجليدية الأخيرة إلى عصر الهولوسين الأكثر دفئًا.

طريقة جديدة لعد وقياس الغبار

استعار المؤلفون عينات من «نواة جليدية أفقية» من نهر جليدي تايلور في ساحل شرق القارة القطبية الجنوبية. وبما أن النهر الجليدي يتحرك، فإن جليدًا قديماً يبرز على السطح، مما يتيح للباحثين السير على طول خط زمني طبيعي. من أحجام صغيرة من الجليد المذاب تغطي فترة من 44,000 إلى 9,000 سنة قبل الحاضر، استخدموا مطياف الكتلة ذي البلازما المتصلة مستحثًا زمن الطيران للجسيمات الفردية (spICP‑TOFMS). ببساطة، تحول هذه الطريقة كل جسيم إلى وميض قصير من الأيونات في بلازما ساخنة وتقيس الطيف الكامل للعناصر في ذلك الوميض. أتاح ذلك للفريق كشف أكثر من مليوني جسيم أصغر من 2.5 ميكرومتر، وتحديد أحجامها، وتسجيل العناصر — ومن ثم أنواع المعادن — التي احتوتها كل حبيبة.

سماء مملوءة بالغبار في عالم أبرد

كشفت أعداد الجسيمات مدى غبارية الغلاف الجوي خلال الحد الأقصى للعصر الجليدي الأخير مقارنة مع أوائل الهولوسين. احتوت العينات من أبرد الفترات، في المتوسط، على نحو 100 ضعف عدد الجسيمات مقارنة بعينات أوائل الهولوسين، مما يؤكد أن القارة القطبية الجنوبية أثناء العصر الجليدي كانت مغطاة بهالة أوسع بكثير من الغبار المعدني. ومع ذلك، كانت توزيعات أحجام الجسيمات الدقيقة متسقة بصورة ملحوظة، مما يوحي بأن الرياح ومسارات النقل بعيدة المدى ظلت عموماً مشابهة حتى مع تغير المناخ. ما تغير بشكل درامي كان كمية الغبار وكيميائه. كانت العينات الجليدية أغنى بعناصر مثل الصوديوم والمغنيسيوم واحتوت على مزيد من المعادن الشبيهة بالفلدسبار والطين، بينما أظهرت عينات الهولوسين حصة أكبر نسبيًا من الجسيمات الغنية بالحديد وعددًا أقل من الحبيبات الحاملة للكالسيوم.

تغير المصادر ومفاجأة بركانية

من خلال مقارنة «بصمات» العناصر في الجسيمات الفردية مع قشرة قارية نموذجية ومناطق مصدر معروفة، استنتج الفريق كيف تطورت مصادر الغبار. خلال الفترة الجليدية، كان من المرجح أن يتشارك ساحل نهر جليدي تايلور ووسط شرق القارة القطبية الجنوبية مصدرًا مهيمنًا مشتركًا، وهو ما يتوافق مع اتساع المناطق المغبرة في جنوب أمريكا الجنوبية وسهول الغسل الجليدية المرتبطة بها. مع دفء المناخ وتراجع الجليد، تحوّل مزيج الغبار في المواقع الساحلية، مع دور أكبر للرواسب المحلية في القارة القطبية الجنوبية ومصادر نصف الكرة الجنوبي الأخرى مثل أستراليا. برزت عينة واحدة تعود إلى نحو 14,800 سنة: احتوت على جسيمات كبيرة بشكل غير معتاد وتركيبات عناصر مميزة تطابقت عن قرب مع زجاج بركاني من براكين قريبة في القارة القطبية الجنوبية. أكدت صور المجهر الإلكتروني اللاحقة وجود شظايا من الزجاج البركاني، مما يشير إلى ثوران سابق نشر رمادًا ناعمًا فوق المنطقة.

الغبار والمحيطات وردود فعل المناخ

قد يكون تزايد نسبة الجسيمات الغنية بالحديد في عينات أوائل الهولوسين قد أحدث تأثيرات أبعد من القارة القطبية الجنوبية. فالحديد المحمول بالغبار الجوي عنصر غذائي دقيق أساسي للبلانكتون العائم في المحيط الجنوبي، الذي يمتص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أثناء نموه. خلال الماضي الجليدي، من المحتمل أن تدفقات الغبار الكبيرة سمّدت هذه المياه؛ ومع تغير كميات وتركيب الغبار أثناء ذوبان الجليد، قد يكون تراجع إمداد الحديد المتاح حيويًا أو تغيّره ساهم في تشكيل ارتفاع تركيز CO₂ الجوي. من خلال إظهار أن كلًا من كمية الغبار وتركيب المعادن للجسيمات الدقيقة تغيرا بشكل حاد عبر الانتقال الأخير بين العصر الجليدي والداخلي، وبواسطة تحديد المساهمات البركانية على مستوى الجسيم الفردي، تُظهر هذه الدراسة كيف يمكن لتحليل الجسيمات من الجيل القادم تحويل جليد القارة القطبية الجنوبية إلى خريطة عالية الدقة للتغير البيئي الماضي.

الاستشهاد: Kutuzov, S., Olesik, J.W., Lomax-Vogt, M.C. et al. Geochemical characterization of millions of individual atmospheric particles entrapped in Antarctic ice across the last glacial-interglacial transition. Sci Rep 16, 10556 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45260-3

الكلمات المفتاحية: أنوية جليد القارة القطبية الجنوبية, غبار جوي, العصر الجليدي والداخلي, جسيمات معدنية, رماد بركاني