تحلیل تازه‌ای از داده‌های زمین‌شناسی نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی زمین در دوران ادیاکاران (حدود ۵۶۵ میلیون سال پیش) نه‌تنها هرج‌ومرج نداشت، بلکه دارای ساختارهای منظم و قابل پیش‌بینی بوده است. این یافته می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا جایگاه قاره‌ها و اقیانوس‌ها را در آن دوران با دقت بیشتری بازسازی کنند.
پژوهشی دقیق در لایه‌های آتشفشانی مراکش
تیمی از پژوهشگران به رهبری دیوید ایوانز از دانشگاه ییل، بررسی‌های خود را بر روی لایه‌های آتشفشانی در منطقه آنتی-اطلس مراکش متمرکز کردند. آنها با استفاده از روش‌های دقیق تاریخ‌گذاری بر پایه اورانیوم-سرب، تغییرات سریع اما منظم در جهت‌گیری مغناطیسی سنگ‌ها را شناسایی کردند.
«ما مدلی تازه برای میدان مغناطیسی زمین ارائه می‌دهیم که به‌جای در نظر گرفتن تغییرات آن به‌صورت تصادفی، ساختار درونی این نوسانات را آشکار می‌کند.» — دیوید ایوانز، دانشگاه ییل
به گفته ایوانز، این روش نوین تحلیل آماری می‌تواند کلید دستیابی به نقشه‌های قابل اعتماد از قاره‌ها و اقیانوس‌های زمین در ۵۶۵ میلیون سال پیش باشد.
آشفتگی مغناطیسی زمین در دوران‌های گذشته
در بیشتر طول تاریخ زمین، میدان مغناطیسی تغییراتی ملایم داشته و گاه نیز جهت خود را وارونه کرده است. اما در دوران ادیاکاران، جهت‌گیری ثبت‌شده در سنگ‌ها چنان آشفته به‌نظر می‌رسید که پژوهشگران را در تعیین موقعیت قاره‌های قدیمی دچار سردرگمی کرده بود.
ایوانز و همکارانش با نمونه‌برداری از جریان‌های گدازه و رسوبات اطراف آن در رشته‌کوه‌های آنتی-اطلس، توانستند مسیرهای مغناطیسی را با دقتی بی‌سابقه بررسی کنند. نتیجه، الگویی از تغییرات سریع اما منظم بود که برخلاف تصور پیشین، نشان‌دهنده وجود نظم در درون هرج‌ومرج مغناطیسی زمین است.
نقش سنگ‌ها در روایت داستان مغناطیسی زمین
هنگامی که گدازه سرد می‌شود، جهت میدان مغناطیسی زمین در آن لحظه درون سنگ ثبت می‌گردد. این داده‌ها فقط لحظات کوتاهی را بازتاب می‌دهند، نه میانگین‌های بلندمدت را؛ از این رو گاهی پرنوسان به نظر می‌رسند.
برای رفع این نوسان‌ها، پژوهشگران لایه‌های رسوبی موسوم به «بسترهای قرمز» را نیز بررسی کردند که به‌تدریج و طی زمان طولانی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌کنند. ترکیب این دو منبع داده به آنها اجازه داد تا تغییرات کوتاه‌مدت و بلندمدت را با هم مقایسه کنند و به یک محور مغناطیسی پایدار برسند.
روش مغناطواستراتیگرافی؛ ثبت تغییرات در طول زمان
این رویکرد که به آن مغناطواستراتیگرافی گفته می‌شود، شامل نمونه‌برداری لایه به لایه از توالی سنگ‌ها برای دنبال کردن تغییرات مغناطیسی در گذر زمان است. ترکیب آن با تاریخ‌گذاری دقیق نشان داد که تغییرات شدید میدان در هزاران سال رخ داده‌اند، نه میلیون‌ها سال، همان‌طور که پیش‌تر تصور می‌شد.
همچنین داده‌ها نشان دادند که جهت‌های مغناطیسی دارای زاویه بالایی هستند؛ نشانه‌ای از موقعیت‌های نزدیک به قطب‌ها. این یافته با شواهد مستقل از یخچالی‌های دوران ادیاکاران در همان مناطق مراکش نیز مطابقت دارد.
چرا توضیحات پیشین ناکافی بودند؟
برخی دانشمندان پیش‌تر تصور می‌کردند که داده‌ها نشان‌دهنده حرکت سریع صفحات قاره‌ای است، اما سرعت تغییرات ثبت‌شده در سنگ‌ها بسیار بیش از آن است که با حرکات صفحه‌ای سازگار باشد.
فرضیه دیگر، چرخش قطبی حقیقی (True Polar Wander) بود؛ یعنی جابه‌جایی کل پوسته جامد زمین نسبت به محور چرخش. اما مدل‌های نظری، سرعت این فرآیند را بسیار کمتر از نرخ تغییرات مغناطیسی مراکش برآورد می‌کنند.
بنابراین، تنها توضیح منطقی باقی‌مانده این است که خود میدان مغناطیسی زمین چنین الگوی منظمی را ایجاد کرده است — الگویی که اکنون در این سنگ‌ها آشکار شده است.
ابزار جدید برای بازسازی قاره‌های باستانی
گام کلیدی در این پژوهش، استفاده از ابزار آماری جدیدی به نام توزیع بینگهام (Bingham Distribution) بود؛ روشی که برای تحلیل داده‌های جهت‌دار در کره (مانند میدان مغناطیسی) طراحی شده است.
واحدهای آتشفشانی، تصاویر آنی و سریعی از میدان را ثبت می‌کنند، در حالی که رسوبات مجاور، محور میانگین و بلندمدت را در خود نگه می‌دارند. تحلیل جداگانه این دو نوع داده، به پژوهشگران امکان داد تا نه‌تنها عرض جغرافیایی بلکه با احتیاط، طول جغرافیایی نسبی قاره‌ها را نیز تخمین بزنند.
این روش از تحمیل فرضیات میدان مغناطیسی امروزی بر داده‌های باستانی اجتناب می‌کند و با استفاده از آمار مناسب، به پراکندگی‌های نامتقارن داده‌ها معنا می‌بخشد.
نتیجه، بازسازی دقیق موقعیت کراتون غرب آفریقا و قاره لورنتیا است — یافته‌ای که در مجله Science Advances منتشر شده است.
چرا این دوره از تاریخ زمین خاص بود؟
شواهد مختلف نشان می‌دهد که ژئودیناموی زمین — یعنی جریان‌های مذاب در هسته بیرونی که میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کنند — در اواخر دوران ادیاکاران بسیار ضعیف بوده است. داده‌های شدت مغناطیسی تک‌بلور نشان می‌دهند که میدان در آن زمان حدود ده برابر ضعیف‌تر از امروز بوده است.
اما در اوایل کامبرین، این میدان دوباره قدرت گرفت، همزمان با آغاز تبلور هسته داخلی زمین. ضعف میدان در دوره ادیاکاران می‌تواند دلیل نوسانات شدید آن باشد، بدون نیاز به فرض حرکت سریع قاره‌ها.
به گفته پژوهشگران، این پدیده بخشی از چیزی است که تغییرات دیرینه-دوری (Paleosecular Variation یا PSV) نام دارد — تغییرات آهسته میدان مغناطیسی در بازه‌های چند صد تا چند هزار ساله.
یافته‌های مراکش در این تصویر جای می‌گیرند
نتایج جدید نشان می‌دهد که در مراکش، نوسانات PSV شدید اما دارای هندسه تکرارشونده بوده است. این موضوع راه را برای ساخت نقشه‌های دقیق‌تر از قاره‌ها و اقیانوس‌های اولیه زمین هموار می‌کند.
اهمیت درک گذشته مغناطیسی زمین
نقشه‌های دقیق از جایگاه قاره‌ها در آستانه پیدایش نخستین جانوران، می‌تواند دیدگاه ما را نسبت به اقلیم، شیمی اقیانوس‌ها و مسیرهای تکامل اولیه حیات تغییر دهد.
بازسازی‌های بهتر همچنین به دانشمندان کمک می‌کند تا ارتباط میان قدرت میدان مغناطیسی، فرار اتمسفر و سطح اکسیژن را بررسی کنند — عواملی که در حفظ زیست‌پذیری زمین نقش اساسی دارند.
چارچوب جدید ارائه‌شده توسط تیم دانشگاه ییل، روشی منظم برای تحلیل داده‌های آتشفشانی و رسوبی ارائه می‌دهد، بدون آنکه فرضیات میدان مغناطیسی امروزی بر داده‌های باستانی تحمیل شود.
پژوهش‌های آینده می‌توانند این روش را در سایر قاره‌های باستانی که هر دو نوع سنگ (آتشفشانی و رسوبی) را دارند به‌کار گیرند. هر داده جدید، فرصتی برای آزمودن تکرارپذیری این الگو در سراسر جهان خواهد بود.
منبع: Science Advances
