هنگامی که به رانش قاره‌ای و برخورد صفحه‌های تکتونیکی فکر می‌کنیم، معمولاً تصاویری از فرآیندی در ذهن ما شکل می‌گیرد که میلیون‌ها سال طول می‌کشد. اما یک مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که ذوب شدن یخ می‌تواند تأثیر چشمگیری بر رانش قاره‌ای و فعالیت‌های آتشفشانی داشته باشد.
بر اساس پژوهشی از دانشگاه کلرادو بولدر، پوسته‌ی زمین می‌تواند طی بازه‌هایی بسیار کوتاه‌تر – در حد هزاران سال – دستخوش تغییرات شدیدی شود، زمانی که صفحات عظیم یخی ذوب می‌شوند. ژئوفیزیکدانان «تائو یوان» و «شیجی ژونگ» رویدادهایی را بررسی کرده‌اند که تقریباً ۲۶ هزار سال پیش، در اوج آخرین عصر یخبندان، آغاز شدند.
در آن دوران، صفحه‌ی یخی «لورنتاید» بیشتر آمریکای شمالی را با لایه‌هایی به ضخامت چندین کیلومتر پوشانده بود و تا جنوب ایالت امروزی پنسیلوانیا کشیده می‌شد. با گرم‌تر شدن دمای جهانی، این توده‌ی عظیم یخی به تدریج از بین رفت.
آب‌های ذوب شده وارد اقیانوس‌ها شدند و سطح دریاها را سالانه تقریباً یک سانتی‌متر بالا بردند. با این حال، دانشمندان دریافتند که تأثیرات این پدیده فراتر از بالا آمدن خط ساحلی بوده و به عمق مکانیسم‌های تکتونیکی نفوذ کرده است.
پیوند میان ذوب شدن یخ و رانش قاره‌ای
«با کاهش قابل توجه حجم یخ، حرکت عظیمی در پوسته‌ی زمین ایجاد شد» به گفته‌ی یوان، دانشجوی دکترا در بخش فیزیک دانشگاه کلرادو بولدر و نویسنده‌ی اصلی این مطالعه. «دانشمندان می‌دانستند که ذوب شدن یخ باعث بالا آمدن صفحه‌ها می‌شود، اما ما نشان دادیم که این پدیده همچنین باعث حرکت افقی قابل توجهی در صفحه‌ها شده است.»
مدل‌های یوان و ژونگ نشان می‌دهد که بین حدود ۱۲ هزار تا ۶ هزار سال پیش، سرعت رانش کلی صفحه‌ی آمریکای شمالی حدود ۲۵ درصد افزایش یافته است.
رفتار شگفت‌انگیز در مرز میانی اقیانوس اطلس
رفتار رشته‌کوه میانی اقیانوس اطلس – زنجیره‌ای از کوه‌های زیرآبی که ماگما در آنجا بالا آمده و پوسته‌ی جدیدی تشکیل می‌دهد – حتی شگفت‌انگیزتر بود. در این ناحیه، فرآیند گسترش بستر دریا ممکن است تا ۴۰ درصد در دوره‌ی پسایخبندان افزایش یافته باشد.
ژونگ، استاد فیزیک در دانشگاه کلرادو بولدر و نویسنده‌ی ارشد مطالعه، درباره‌ی اهمیت یافته‌ها توضیح می‌دهد:
«داستانی که مدت‌ها تعریف کرده‌ایم – این‌که فرآیندهایی مانند گسترش کف دریا و رانش قاره‌ای طی میلیون‌ها سال و توسط موتور داخلی زمین یعنی همرفت حرارتی انجام می‌شوند – همچنان صحیح است، اما ما نشان دادیم که نیروی یخچالی نیز می‌تواند باعث حرکت‌های قابل توجهی در بازه‌های نسبتاً کوتاه ۱۰ هزار ساله شود.»
اختلال ذوب یخ در گوشته‌ی زمین
تشبیه به تشک مموری فوم
برای درک این ارتباط غیرمنتظره، می‌توانید لیتوسفر زمین – پوسته‌ی سخت بیرونی شامل پوسته و گوشته‌ی بالایی – را به یک تشک مموری فوم غول‌آسا تشبیه کنید. وقتی روی مموری فوم دراز می‌کشید، سطح فرو می‌رود؛ وقتی بلند می‌شوید، به آرامی به حالت اولیه بازمی‌گردد.
پاسخ ایزوستاتیکی یخچالی
به همین ترتیب، زمانی که یک صفحه‌ی یخی با ضخامت هزاران متر بر روی یک قاره فشار می‌آورد، گوشته‌ی زیرین تغییر شکل می‌دهد. با ذوب شدن یخ و انتقال وزن به اقیانوس‌ها، گوشته به سمت بالا بازمی‌گردد. زمین‌شناسان به این فرآیند «تنظیم ایزوستاتیکی یخچالی» می‌گویند.
بازگشت عمودی این نواحی، مانند مناطقی نزدیک به خلیج هادسون که زمانی مرکز ثقل وزن یخ بود، همچنان ادامه دارد و سالانه حدود یک سانتی‌متر افزایش ارتفاع دارند. اما یوان و ژونگ یک مؤلفه‌ی افقی کمتر شناخته شده را نیز کشف کردند.
فشار جانبی بر صفحات تکتونیکی
در جریان این بازتنظیم، گوشته به صورت جانبی جریان یافته و تنش‌هایی ایجاد کرده است که صفحه‌های تکتونیکی را به صورت افقی هل داده‌اند. مدل‌های آن‌ها نشان می‌دهد این فشار جانبی هم در درون قاره‌ها و هم در مرزهای میانی اقیانوس‌ها مؤثر بوده است.
رشته کوه میانی اطلس یک مورد آزمایشی کلیدی است، چرا که ژئولوژیست‌ها مدت‌ها سرعت گسترش آن را حدود ۲ سانتی‌متر در سال به عنوان یک عدد ثابت می‌دانستند. اما شبیه‌سازی‌های دانشگاه کلرادو نشان می‌دهد که این نرخ در واقع نوسان داشته و همگام با پسروی یخ‌ها افزایش یافته است.
پژواک آتشفشانی در ایسلند
یکی از شواهد واقعی در حمایت از یافته‌های مدل، در ایسلند دیده می‌شود که درست جنوب گرینلند، بر روی رشته‌کوه میانی اطلس قرار دارد. شواهد زمین‌شناسی نشان می‌دهد که با پایان آخرین عصر یخبندان، فعالیت آتشفشانی و زمین‌گرمایی در این جزیره افزایش یافته است.
ژونگ معتقد است که سرعت بالاتر گسترش بستر دریا زیر ایسلند، باعث آسان‌تر شدن صعود ماگما به سطح شده و فوران‌های آتشفشانی را تشدید کرده است. او می‌گوید: «این الگوی فعالیت آتشفشانی ممکن است تا حدی ناشی از ذوب یخچال‌هایی باشد که ما بررسی کرده‌ایم.»
آینده‌ی تغییرات با ذوب یخ‌های امروزی
گرچه یخ‌های گرینلند امروزه به سرعت در حال ذوب شدن هستند، اما میزان ذوب کنونی هنوز آن‌قدر نیست که قاره‌ها را جابه‌جا کند. با این حال، بسیاری از مدل‌های آب و هوایی پیش‌بینی می‌کنند که در آینده نرخ ذوب افزایش خواهد یافت و ممکن است دوباره بر تأمین ماگما در مرزهای نزدیک اثر بگذارد و فعالیت‌های آتشفشانی در مناطقی مانند ایسلند را در چند قرن آینده تغییر دهد.
یوان می‌گوید: «ورقه‌های یخی در گرینلند و غرب قطب جنوب همچنان در حال ذوب شدن هستند. ما فکر می‌کنیم که این ذوب می‌تواند در آینده گسترش بستر دریا و فعالیت‌های آتشفشانی در مرزهای میانی اقیانوس‌ها را تقویت کند.»
آیا ذوب شدن یخ باعث تسریع رانش قاره‌ای می‌شود؟
پیامدهای این مطالعه فراتر از ایسلند یا یک رشته‌کوه خاص است. اگر چرخه‌های یخچالی می‌توانند سرعت صفحه‌های تکتونیکی را تغییر دهند، زمین‌شناسان باید سایر دوره‌های تاریخی زمین را که عصرهای یخبندان به سرعت به پایان رسیده‌اند نیز بازنگری کنند.
بررسی آثار شتاب رانش قاره‌ای در تاریخ زمین
آیا انفجارهای ناگهانی رانش قاره‌ای می‌تواند اثراتی در رویدادهای کوه‌زایی یا سوابق رسوبی بر جای گذاشته باشد؟ آیا ممکن است فرآیندهای مشابهی در زیر قفسه‌های یخی در حال ذوب سریع قطب جنوب امروز در حال وقوع باشد و به طور نامحسوس بر تکتونیک در اقیانوس جنوبی تأثیر بگذارد؟
نتایج پژوهش‌های ژونگ و یوان به دانشمندان یادآوری می‌کند که تکتونیک و اقلیم، دو حوزه‌ی کاملاً جداگانه نیستند. گرچه موتور داخلی زمین عامل اصلی حرکت صفحات است، اما فرآیندهای سطحی – به ویژه تغییرات پوشش یخی سیاره – می‌توانند این حرکت را در بازه‌های زمانی کوتاه ژئولوژیکی تعدیل کنند.
پیوند تنگاتنگ زمین و تغییرات سطحی
به عبارت دیگر، زمین یک سیستم به شدت مرتبط است: آنچه بر روی یک قاره ناپدید می‌شود، می‌تواند هزاران کیلومتر دورتر، در زیر یک رشته‌کوه اقیانوسی، اثرات خود را نشان دهد. ژونگ درباره‌ی نرخ ۲ سانتی‌متر در سال گسترش رشته‌کوه میانی اطلس می‌گوید: «این عدد در کتاب‌های درسی به عنوان یک مقدار ثابت آمده، اما اکنون می‌بینیم که باید بازنگری شود.»
اهمیت مطالعه در عصر تغییرات اقلیمی
این تحقیق که توسط بنیاد ملی علوم آمریکا تأمین مالی شده، نکته‌ی کلیدی را برای زمین‌شناسان و دانشمندان اقلیم روشن می‌کند: آب یخ‌زده‌ی سیاره‌ی ما نه تنها مناظر را شکل می‌دهد، بلکه می‌تواند چرخ‌دنده‌های ماشین تکتونیکی زمین را نیز تغییر دهد. و با کوچک‌تر شدن مستمر کُریوسفر مدرن، درک این ارتباطات اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کند.
این مطالعه در مجله‌ی Nature منتشر شده است.
