كشف العلماء للتو عن النموذج الجيولوجي الأكثر تفصيلاً لمائة مليون سنة الماضية على الأرض

سطح الأرض هو “الجلد الحي” لكوكبنا – فهو يربط الأنظمة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. مع مرور الوقت الجيولوجي ، تتغير المناظر الطبيعية مع تطور هذا السطح ، وتنظيم دورة الكربون ودورة المغذيات حيث تحمل الأنهار الرواسب إلى المحيطات.

كل هذه التفاعلات لها تأثيرات بعيدة المدى على النظم البيئية والتنوع البيولوجي – الكائنات الحية العديدة التي تسكن كوكبنا.

على هذا النحو ، فإن إعادة بناء كيف تطورت المناظر الطبيعية للأرض على مدى ملايين السنين هي خطوة أساسية نحو فهم الشكل المتغير لكوكبنا ، والتفاعل بين أشياء مثل المناخ والتكتونية. يمكن أن يعطينا أيضًا أدلة على تطور التنوع البيولوجي.

من خلال العمل مع علماء في فرنسا (المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي ، وجامعة ENS باريس ، وجامعة غرينوبل وجامعة ليون) ، نشر فريقنا في جامعة سيدني الآن نموذجًا جيولوجيًا مفصلاً لتغيرات سطح الأرض في مجلة العلوم المرموقة.

نموذجنا هو أول نموذج ديناميكي – محاكاة حاسوبية – لمائة مليون سنة الماضية بدقة عالية تصل إلى عشرة كيلومترات. بتفاصيل غير مسبوقة ، تكشف كيف تغير سطح الأرض بمرور الوقت ، وكيف أثر ذلك على طريقة تحرك الرواسب واستقرارها.

تم تقسيم نموذجنا إلى إطارات تبلغ مليون عام ، ويستند نموذجنا إلى إطار عمل يدمج قوى الصفائح التكتونية والمناخية مع العمليات السطحية مثل الزلازل والعوامل الجوية وتغير الأنهار وغير ذلك.

ثلاث سنوات في طور الإعداد

بدأ المشروع منذ حوالي ثلاث سنوات عندما بدأنا في تطوير نموذج جديد لتطور المناظر الطبيعية على نطاق عالمي ، قادر على محاكاة ملايين السنين من التغيير. وجدنا أيضًا طرقًا لإضافة معلومات أخرى تلقائيًا إلى إطار عملنا ، مثل الجغرافيا القديمة – تاريخ المناظر الطبيعية للأرض.

في هذه الدراسة الجديدة ، استخدم إطار عملنا أحدث عمليات إعادة البناء التكتونية للصفائح والمحاكاة للمناخات الماضية على نطاق عالمي.

استخدمت عمليات المحاكاة الحاسوبية المتقدمة لدينا البنية التحتية الحاسوبية الوطنية الأسترالية ، والتي تعمل على مئات من معالجات الكمبيوتر. استغرقت كل محاكاة عدة أيام ، لبناء صورة كاملة لإعادة بناء المائة مليون سنة الماضية من تطور سطح الأرض.

كل هذه القوة الحاسوبية نتج عنها خرائط عالمية عالية الدقة تُظهر ارتفاعات وانخفاضات المناظر الطبيعية للأرض (الارتفاع) ، فضلاً عن تدفقات المياه والرواسب.

كل هذه تتناسب بشكل جيد مع الملاحظات الجيولوجية الحالية. على سبيل المثال ، قمنا بدمج البيانات من رواسب الأنهار الحالية وتدفقات المياه ، ومناطق أحواض الصرف ، والمسوحات الزلزالية ، واتجاهات التعرية المحلية والعالمية طويلة الأجل.

تتوفر مخرجاتنا الرئيسية كخرائط عالمية مستندة إلى الوقت في فواصل زمنية مدتها خمسة ملايين سنة من Open Science Framework.

الماء والرواسب تدفق عبر المكان والزمان

التعرية هي إحدى العمليات الأساسية على سطح الأرض ، وهي عملية بطيئة يتم فيها تآكل مواد مثل التربة والصخور ونقلها بعيدًا عن طريق الرياح أو الماء. ينتج عن هذا تدفقات الرواسب.

يلعب التآكل دورًا مهمًا في دورة الكربون للأرض – الدوران العالمي اللامتناهي لإحدى اللبنات الأساسية للحياة ، الكربون. يعد التحقيق في الطريقة التي تغيرت بها تدفقات الرواسب عبر المكان والزمان أمرًا بالغ الأهمية لفهمنا لكيفية تغير مناخات الأرض في الماضي.

وجدنا أن نموذجنا يعيد إنتاج العناصر الرئيسية لنقل الرواسب على الأرض ، من ديناميكيات مستجمعات المياه التي تصور شبكات الأنهار بمرور الوقت إلى التغيرات البطيئة في الأحواض الرسوبية واسعة النطاق.

من نتائجنا ، وجدنا أيضًا العديد من التناقضات بين الملاحظات الحالية لطبقات الصخور (الطبقات) ، والتنبؤات الخاصة بهذه الطبقات. يوضح هذا أن نموذجنا يمكن أن يكون مفيدًا في اختبار وتحسين عمليات إعادة بناء المناظر الطبيعية السابقة.

تم دمج المناظر الطبيعية التي تمت محاكاتها في الماضي بشكل كامل مع العمليات المختلفة الجارية ، لا سيما النظام الهيدرولوجي – حركة المياه – مما يوفر عرضًا أكثر قوة وتفصيلاً لسطح الأرض.

تكشف دراستنا عن مزيد من التفاصيل حول الدور الذي لعبه سطح الأرض المتطور باستمرار في حركة الرواسب من قمم الجبال إلى أحواض المحيط ، مما أدى في النهاية إلى تنظيم دورة الكربون وتقلبات مناخ الأرض عبر الزمن العميق.

بينما نستكشف هذه النتائج جنبًا إلى جنب مع السجل الجيولوجي ، سنكون قادرين على الإجابة على الأسئلة طويلة الأمد حول العديد من الميزات الحاسمة لنظام الأرض – بما في ذلك الطريقة التي يدور بها كوكبنا العناصر الغذائية ، وأدى إلى نشوء الحياة كما نعرفها.