أقدم الصخور على الأرض تكشف أسرار العصر الهيداني

تبدو النتوءات الصخرية في زاوية نائية من شمال كيبيك هادئة في عزلتها المخيفة على الشاطئ الشرقي لخليج هدسون الكندي.

أهمية حزام نوفواجيتوك الأخضر في دراسة الصخور القديمة

ولكن على مدى العقدين الماضيين، كانت هذه البقايا المكشوفة من قاع المحيط القديم، والمعروفة باسم حزام نوفواجيتوك الأخضر، ساحة معركة علمية محتدمة في السعي لتحديد أقدم صخور الأرض.

ويشير بحث جديد إلى أن الموقع الجيولوجي يضم أقدم الأجزاء الباقية المعروفة من القشرة الأرضية التي يعود تاريخها إلى ما قبل 4.16 مليار سنة. إنها الصخرة الوحيدة التي تم تحديد أنها من أول أربعة حقب جيولوجية في تاريخ كوكبنا: العصر الهيداني، الذي بدأ قبل 4.6 مليار سنة عندما كان العالم حارًا ومضطربًا وشبيهًا بالجحيم.

"الصخور هي كتب للجيولوجيين ... والآن نحن نفتقد الكتاب (عن العصر الهيداني). وسيكون حزام نوفواجيتوك الأخضر هو صفحة واحدة على الأقل من ذلك الكتاب، ولهذا السبب فهو مهم للغاية"، كما قال الجيولوجي جوناثان أونيل، مؤلف البحث الذي نُشر يوم الخميس في مجلة العلوم

تأريخ الصخور: الأساليب والتقنيات المستخدمة

تم تأريخ حزام نوفواجيتوك غرينستون عدة مرات من قبل مجموعات بحثية مختلفة، مع نتائج متباينة على نطاق واسع. يتفق معظمهم على أن عمر الصخور لا يقل عن 3.75 مليار سنة ولكن هذا لن يجعلها الأقدم على الأرض.

{{MEDIA}}

مجمع أكاستا غنيس، وهو مجموعة من الصخور المكشوفة على طول ضفة نهر على بعد 200 ميل (300 كيلومتر) تقريبًا شمال يلونايف في شمال غرب كندا، وهو مجمع صخور متفق عليه على نطاق واسع على أنه أقدم تكوين جيولوجي على كوكب الأرض. هذه الصخور مؤرخة بشكل لا لبس فيه بعمر 4.03 مليار سنة، مما يمثل الحد الفاصل بين العصر الهيداني والفصل التالي في تاريخ الأرض: العصر الأركياني. (هناك صخور أقدم على الكوكب ولكن ليست من الكوكب ليست جزءًا من هذا النقاش: بعض النيازك عمرها 4.5 مليار سنة.

وهناك ورقة بحثية مثيرة للجدل في عام 2008 شارك في تأليفها أونيل، الذي كان يدرس الموقع منذ أن كان طالب دكتوراه، جادل بأن عمر حزام نوفواجيتوك الأخضر يبلغ 4.3 مليار سنة؛ ومع ذلك، اعترض جيولوجيون آخرون على حدود تقنيات التأريخ وكيفية تفسير البيانات. يهدف أونيل، وهو الآن أستاذ مشارك في جامعة أوتاوا في قسم علوم الأرض والبيئة، من خلال هذه الورقة البحثية الأخيرة إلى إثبات خطأ منتقديه.

التقنيات الإشعاعية في تأريخ الصخور

ينطوي تأريخ الصخور على استخدام تقنيات القياس الإشعاعي التي تستفيد من الاضمحلال الإشعاعي الطبيعي والتلقائي لعناصر معينة في الصخور، والتي تعمل كنوع من الساعات.

يستخدم أونيل تشبيه الساعة الرملية: تخيل عد حبات الرمل في الأعلى (العناصر المشعة) والأسفل (العناصر الناتجة عن الاضمحلال الإشعاعي). تتيح معرفة سرعة الحبيبات المتدفقة (التي تمثل معدل الاضمحلال) للعلماء تأريخ الصخور. بعض هذه الساعات الإشعاعية قوية ويمكنها تحمل درجات الحرارة والضغوط العالية التي تحملتها القشرة الأرضية على مر العصور، في حين أن البعض الآخر أكثر تأثراً بهذه العمليات.

والطريقة الأسهل والمعيار الذهبي لتأريخ التكوينات الصخرية القديمة جداً هي باستخدام معدن شديد الصلابة يُعرف باسم الزركون. تحتوي هذه البلورات الصغيرة على القليل من اليورانيوم في بنيتها، ويمكن للباحثين تحديد عمرها من خلال قياس الاضمحلال الإشعاعي لذرات اليورانيوم التي تتحول إلى رصاص بمعدل معروف.

ومع ذلك، يحتوي حزام نوفواجيتوك الأخضر الذي تم رسم خرائطه بعد مسح جيولوجي في الستينيات من القرن الماضي ولكنه جذب الاهتمام العلمي لأول مرة في أوائل العقد الأول من القرن الحالي على عدد قليل جداً من الصخور التي تحمل الزركون حيث نادراً ما تظهر في العينات ذات المستويات المنخفضة من السيليكون، بما في ذلك تلك التي كانت ذات يوم قشرة محيطية قديمة.

استخدام الزركون في تحديد أعمار الصخور

وقال أونيل: "حاولنا العثور على الزركون. إلا أنها لم تكن موجودة، أو أنها تشكلت في وقت لاحق أثناء تحوّل الصخور أو طبخها". الصخور المتحولة هي تلك التي تحوّلت بفعل الحرارة أو الضغط أو قوى طبيعية أخرى.

وبدلاً من ذلك، لجأ أونيل في الدراسة الجديدة إلى عنصر السماريوم الأرضي النادر، الذي يتحلل إلى عنصر النيوديميوم. وهي تقنية تم استخدامها لتأريخ النيازك لأن هذه العناصر كانت نشطة منذ أكثر من 4 مليارات سنة فقط.

{{MEDIA}}

تقنية السماريوم والنيوديميوم في التأريخ

وقال: "يكمن الخلاف حول العمر في أن بعض الناس يعتقدون أن الساعة التي نستخدمها ليست جيدة أو أنها تأثرت (بعمليات جيولوجية أخرى)".

"إنه جدل حول ما نقيسه بالضبط في الزمن لأننا لا نستطيع استخدام الزركون، وبعض الناس في مجال عملي لن يقتنعوا إلا بالزركون." كما قال.

قال أونيل إن هذه التقنية كانت قيّمة في هذه الحالة لأنه من الممكن قياس اضمحلال نوعين أو نظيرين مختلفين من السماريوم إلى نظيرين مختلفين من النيوديميوم أي الحصول على ساعتين بسعر ساعة واحدة. وركزت الورقة البحثية الأخيرة على نوع معين من الصخور المتحولة القديمة - وهي الصخور الميتاغابروية التي تم أخذ عينات منها داخل الحزام، وتقاربت نقطتا البيانات على نفس العمر: 4.16 مليار سنة.

الجدل حول عمر الصخور والتقنيات المستخدمة

وخلصت الدراسة إلى أن هذا العمر يعني أن "بقايا صغيرة على الأقل" من القشرة الأرضية من العصر الهيداني كانت محفوظة في حزام نوفواجيتوك الأخضر، وهو ما سيوفر رؤى لا تقدر بثمن حول أصول الأرض وكيفية تشكل الحياة.

وأشار دومينيك بابينو، وهو عالم أبحاث بارز في معهد علوم وهندسة أعماق البحار في الأكاديمية الصينية للعلوم، إلى أن الصخور القريبة من نفس الموقع قد تحتفظ ببصمات مختلفة للحياة من الدهر، بالإضافة إلى أحافير دقيقة وخيوط وأنابيب صغيرة تشكلت بواسطة البكتيريا. لم يشارك في البحث الأخير لكنه درس الحفريات من الموقع.

وقال بابينو، وهو أيضًا أستاذ فخري في الكيمياء الحيوية ما قبل الكمبري وعلم الأحياء الخارجية في كلية لندن الجامعية: "الصخور التي تم تأريخها حديثًا تأتي من الوشاح، الذي لا يُعتقد أنه يؤوي الحياة أو أنه صالح للحياة".

وأضاف في رسالة بالبريد الإلكتروني: "ومع ذلك، فقد تأكد الآن أن عمر الصخور الرسوبية المجاورة لا يقل عن 4160 مليون سنة، أي بعد حوالي 400 مليون سنة "فقط" من نشأة كوكبنا والنظام الشمسي".

"تشير الأدلة على وجود حياة مبكرة جدًا في هذه الصخور الرسوبية إلى أن أصل الحياة يمكن أن يحدث بسرعة كبيرة (نسبيًا)، مما يزيد من احتمال أن تكون الحياة شائعة ومنتشرة في الكون."

ردود فعل العلماء على نتائج الدراسة

ليس من الواضح بعد ما إذا كانت نتوءات نوفواجيتوك ستصبح مقبولة على نطاق واسع باعتبارها أقدم صخور الأرض، وفقًا لعلماء آخرين لم يشاركوا في البحث.

قال برنارد بوردون، عالم الجيوكيمياء الجيولوجية في مختبر ليون الجيولوجي في فرنسا، والذي كان قد اعترض في السابق على التواريخ الأقدم لحزام نوفواجيتوك الأخضر الذي نشره أونيل، إنه "أكثر اقتناعاً" بالعمل الأخير، وأنه "محسّن بشكل جيد" على الدراسات السابقة.

"ما هو أفضل، مقارنةً بورقة عام 2008، هو حقيقة أن التقنيتين ... تعطيان نفس العمر. وهذا أمر جيد. هذا هو المكان الذي انتقدنا فيه النتائج الأولى"، قال بوردون، وهو أيضًا مدير الأبحاث في هيئة البحث العلمي الفرنسية CNRS.

وقال: "في النهاية، أعتقد أن هناك مصداقية أكبر للعمر"، مضيفًا أن لديه بعض "الشكوك الصغيرة" ويرغب في التحقق من البيانات بشكل أكثر تعمقًا.

ووفقاً لهوجو أوليروك، عالم الجيولوجيا وكبير الباحثين في جامعة كيرتن في أستراليا، فإن عمر الصخور "لا يزال لغزاً لم يُحل".

التحديات في تأريخ الصخور القديمة

وقال أوليروك عبر البريد الإلكتروني: "في ظل عدم وجود معادن "سهلة" حتى الآن، فقد لجأوا إلى الصخور الكاملة، وهو أمر محفوف بالمشاكل لأن عينات الصخور الكاملة تحتوي على معادن متعددة".

وأضاف: "لا يتطلب الأمر سوى تغيير واحد من هذه المعادن و"إعادة ضبط" عمرها إلى عمر أصغر حتى تنهار كل هذه المعادن"، مشيرًا إلى أن درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة للغاية يمكن أن تغير بشكل طبيعي عمر تبلور المعادن في الصخور.

وبحسب جيسي رايمنك، أستاذ رودي ل. سلينجرلاند في بداية مسيرته المهنية في علوم الجيولوجيا في جامعة ولاية بنسلفانيا، فإن القليل جداً من المعلومات النهائية عند التعامل مع الصخور والمعادن التي لها تاريخ جيولوجي معقد يمتد لأكثر من 4 مليارات سنة.

وقال: "حتى لو كان عمر هذه الصخور 3.8 مليار سنة "فقط"، فمن المذهل جداً أن تكون محفوظة. يقدم هذا العمل الحالي بيانات أكثر إقناعًا، تدعم عمرًا يبلغ 4.15 مليار سنة مضت، أكثر من تلك التي تم إنتاجها سابقًا، والتي كانت مقنعة بالفعل".

وأضاف: "إن المقاييس الزمنية طويلة جدًا، وتاريخ هذه الصخور والمعادن معذب للغاية، لدرجة أن استخلاص أي معلومات أولية منها على الإطلاق أمر مذهل للغاية."