باز هم كربونيفر
در زیر مروری کوتاه میکنیم بر برخی ویژگیهای دورهی کربونیفر خصوصاً حیات گیاهی آن و چرایی افزایش فوقالعادهی اکسیژن در جو آن. آنچه در زیر میخوانید ترجمهی بخشی از فصل مربوط به دورهی کربونیفر است که از کتاب تاریخ حیات نوشتهی پروفسور بنتن ترجمه کردهام:
شهرت کربونیفر بهسبب زغالسنگش است. درواقع، نام کربونیفر از واژة فرانسوی carbonifere گرفته شده است که به معنی «زغالسنگدار» است. در میان سنگهای اروپا و آمریکای شمالی ذخایر عظیم زغالسنگ مربوط به کربونیفر میانی و بالایی یافت شده است. زغالسنگ تقریباً کربن آلی خالص است، متشکل از باقیماندة تنهها، برگها و شاخههای درختان و دیگر واریزههای گیاهی که دفن شدهاند و فشرده گشتهاند. بعضی وقتها این بازماندههای گیاهی را هنوز میتوان در زغالسنگ مشاهده کرد؛ با این همه، در زغالسنگهای اعلا نظیر آنتراسیت، باقیماندههای گیاهی عمیقاً فشرده شدهاند و گرما دیدهاند و از این رو، رد بسیار اندکی از ساختار گیاهی در آنها به چشم میخورد.
این خود معمایی است که چرا از دورة کربونیفر این حجم عظیم زغالسنگ موجود است ولی از دیگر دورهها این همه نیست. درواقع، سنگهای جوانتری از دورههای متأخرتر هم هستند که واجد ذخایر زغالسنگیاند، و استخراج برخی از آنها صرفة اقتصادی و تجاری نیز دارد، ولی این ذخایر در مقابل حجم عظیم ذخایر کربونیفر اصلاً به حساب هم نمیآیند. کلید این معما شاید تاحدی در مدلهای جهانی انباشت زغالسنگ نهفته باشد: بهسبب حرکات خاص زمین در این دوره، و شاید بهدلیل کلاهک یخی بر روی قطب جنوب، خشکی در نواحی بسیاری بهسرعت فرومینشست و لایههای بسیار عظیم و ضخیم رسوبات زمینی، از جمله لایههای زغالسنگی، بر روی هم انباشته میشد. اما این همه جنگلهای سرسبز و انبوه و وسیع از کجا پیدا شدند؟
کلید این معما احتمالاً در مطالعاتی یافت میشود که بر روی جوّهای کُهن انجام گرفته است. شاید برایتان باورکردنی نباشد که بدانید زمینشناسان قادرند جوّهای کهن را بازسازی کنند و حتی به شگفت بیاید از این که بفهمید جوّهای کهن با جوّ فعلی زمین فرق میکردهاند. قبلاً خواندیم که جوّ زمین اولیه خالی از اکسیژن بود، و اینکه سطح اکسیژن جوّ بهتدریج افزایش یافت تا اینکه در پایان دوران پرکامبرین به سطح فعلی آن رسید. با این همه، شواهد بسیار فراوانی در دست داریم که نشان میدهند سطح اکسیژن و دیاکسید کربنِ جوّ در طول 500 میلیون سال گذشته بهشدت نوسان داشته است و کربونیفر در این میانه، دورهای بود که سطح اکسیژن در آن بهطرز عجیبی بالا رفت.
برای پیبردن به شرایط جوی آن زمان نکتهای کلیدی وجود دارد: نسبتهای گازهای موجود در جوّ آن زمان بهنحو مشابه در آبهای دریاها و دریاچهها نیز وجود دارند؛ افزون بر این، مقادیر این نسبتهای گازی ممکن است در ساختارهای اسکلتی آبزیان صدفدار و ارگانیسمهای پلانکتونی و یا حتی در نهشتهای سنگ آهکی بر بستر دریا یا در لابلای برخی انوع خاص خاکهای کهن نیز محبوس مانده باشند. کاملاً بدیهی است برای کشف این نسبتها، باید نمونههایی انتخاب شوند که فعالیتهای زمینشناختی دورههای بعد، این نسبتها را در آنها برهم نزده و تغییر نداده باشند، به گونهای که مقادیر شیمیاییِ یافتشده بهراستی نشاندهندة شرایط جوی آن مقطع زمانی در میلیونها سال قبل باشند.
توجه اصلی زمینشیمیدانان، بهویژه، معطوف به ایزوتوپهای کربن و اکسیژنِ موجود در سنگهاست. بسیاری از عناصر بهشکل چندین ایزوتوپ وجود دارند و با اوزان اتمی متفاوتی تشکیل میشوند. ایزوتوپها در سنیابی پرتوسنجی، و همچنین در بازسازی محیطزیستهای کهن نقش مهمی ایفا میکنند. برای مثال، کربن عموماً بهشکل کربن 12 در موجودات زنده، بهشکل کربن 13 در مخازن و ذخایر غیر آلی و حتی بهشکل ایزوتوپ رادیواکتیو آن، یعنی کربن 14، در برخی محیطها وجود دارد. قریب به 99 درصد کربنی که بر روی زمین وجود دارد بهشکل کربن 12 است و مقادیر بسیار اندک دو ایزوتوپ دیگر، آن یک درصد باقیمانده را تشکیل میدهند. اکسیژن نیز بهشکل سه ایزوتوپ وجود دارد: اکسیژن 16 که متداولترین است، و اکسیژن 17 و اکسیژن 18. با سنجش نسبت این ایزوتوپها در سنگهای کهن و نمونههای فسیلی، زمینشیمیدانان قادرند دماهای محیطهای کهن را (با استفاده از نسبت اکسیژن 18 به اکسیژن 16) بازسازی کنند و پریشیدگیهای رخداده در چرخة کربن (مثلاً انقراضهای دستهجمعی بزرگ، فورانهای آتشفشانی، رهاسازیهای کربن از مخازن عمیق) را با استفاده از نسبت کربن 13 به کربن 12 ردیابی کنند.
همة سنجشها نشان از آن دارند که جوّ دورة
کربونیفر واجد تقریباً 35 درصد اکسیژن بوده است، که بالاترین میزان اکسیژن جوی در
طول تاریخ زمین محسوب میشود، این را مقایسه کنید با مقدارِ 21 درصدی اکسیژن در جو
امروزین زمین. دانشمندان در تبیین چراییِ این افزایش اکسیژن همرأی نیستند. یک نظر
این است که در نتیجة افزایش فوقالعادة تنوع گیاهی و تراکم سنگین پوشش گیاهان در
این دوره، سطح فتوسنتز انجامیافته در سراسر کرة زمین افزایش یافت و نتیجتاً حجم
سنگینی از اکسیژن اضافی به جوّ زمین تزریق شد. مشکل این فرض این است که سطح اکسیژن
در پایان دورة کربونیفر پایین آمد و تا سطح فعلی و امروزین آن کاهش یافت آن هم در
حالی که غنای پوشش و تنوع گیاهان همچنان در اوج باقی ماند. دلیل دیگری که مطرح میشود
این است چون موجوداتی نبودند که لیگنین موجود در چوب درختان را بخورند، مقادیر
معتنابهی چوب در این دوره مدفون شد. امروزه باکتریهای متخصصی وجود دارند که
قادرند بهسرعت لیگنین را از بین ببرند و جانداران چوبخواری نظیر موریانهها و
بیدسترها چنین باکتریهایی را درون امعاء و احشاءشان دارند. اگر مقادیر معتنابهی
چوب دفن شده باشد، که واقعاً چنین بوده است، کربن موجود در جوّ از طریق فتوسنتزِ
دیاکسید کربن، از جو زدوده شده است و در سلولهای گیاهی مدفون ولی تجزیهنشده،
محبوس مانده است و از همین رو، اکسیژن گازیشکل بیشتری آزاد شده است و سطح کلی
اکسیژن جوّ را چنین بالا برده است.
در کربونیفر میانی و پسین، جنگلهای مرطوب، متشکل از درختانی عظیم و انبوه و بوتههای سرسبز و پرپشت، فراوانی و گسترش یافتند. گیاهان شامل پنجهگرگیان غولآسا، دماسبیانی تا 15 متر ارتفاع، سرخسها و سرخسهای دانهدار بودند (شکل 15). در این دوره گیاهان گلدار وجود نداشتند، این گیاهان، بسیار دیرتر و در دورة کرتاسه پدیدار شدند. سوزنبرگیان نیز بهندرت به چشم میخوردند. با این همه، این گیاهان کربونیفری واجد نخستین برگهای مناسب و حقیقی بودند که به یمن آن میتوانستند در زمانی که میزان دیاکسید کربن جو پایین بود فتوسنتز را رونق دهند.
پنجهگرگیان عموماً بهشکل درختچههای کوتاهقدی هستند، ولی برخی از آنها در کربونیفر بسیار بزرگ شدند. شناختهشدهترین آنها گونهای بود موسوم به لِپیدودِندرون، پنجهگرگیای که قدش تا 35 متر و بیشتر میرسید. فسیلهای لِپیدودِندرون را 200 سال است که میشناسیم چون عموماً در میادین زغالسنگی تجاری در آمریکای شمالی و اروپا یافت میشوند. اوایل که کشف شدند بر هرکدام از اجزایش، شامل ریشهها، تنه، پوست، شاخهها، برگها، مخروطها و هاگها، نامهای مختلفی نهادند، ولی در طول سالیان بعد، این اجزا را بههم پیوستند تا تصویری روشن از کل گیاه به دست آید. امروزه ریشههای عظیم نمونههای بهدستآمدة لِپیدودِندرون را میتوان در محل کشف آنها که بعدها موزة ویکتوریایی مشهورِ گلاسگو را ساختند مشاهده کرد. زمانی که این نمونهها در سال 1887 در یک معدن سنگ قدیمی یافت شدند، با دقت تمام خاکبرداری شدند و بر روی آنها گلخانهای باشکوه و شگفت از جنس شیشه و چدن احداث کردند که هنوز نیز در پارک ویکتوریا پابرجاست.
دماسبیان را باغبانهای امروزین علفهای هرز کوچک زیانبار میدانند. جوانههای سبز و قائم آنها، با ساختار مخصوص بندبند، از طریق سیستم ریزوم زیرزمینی بههم وصل میشوند. دماسبیان امروزه چندان شاخص و بارز نیستند و عموماً قد و قامتی کوچک دارند ولی در دورة کربونیفر گروه مهمی محسوب میشدند که بیشههای فوقالعاده متراکم و بامبوشکلی را ایجاد میکردند. ارتفاع یکی از گونههای آنها به نام کالامیتِس به 20 متر میرسید، ولی ساقههای بندبند و چرخههای برگهایشان بر روی گرهها میرویید که ویژگی دماسبیان کوچک امروزین است. تنة کالامیتِس عموماً از یک ریزوم زیرزمینی عظیم برمیخاست. برگها به موازات شاخة جانبی، در محل گره، خوشههایی را تشکیل میدادند. در این دماسبیان معمولاً دو نوع مخروط به چشم میخورد.
پنجهگرگیان و دماسبیان دشتهای سیلابی پَست را به تصرف خود درآوردند. سرخسهای دانهدار، سوزنبرگیان و سرخسها با شرایط خشکتر سازگاری یافتند و نواحی مرتفعتر نظیر خاکریزها یعنی سواحل ماسهای بالاآمده در حاشیة رودخانهها را متصرف شدند. سرخسها امروزه عموماً گیاهان علفی کوتاهی هستند که در بسیاری از محیطها یافت میشوند. برخی از سرخسهای کربونیفر درختشکل بودند که ساقهبرگهایشان بر روی تنهای عمودی میرویید، درحالی که برخی دیگر کوچکتر و شبیه سرخسهای معمولی امروزین بودند.
سرخسهای دانهدار گروهی متنوع از درختان و درختچهها را شامل میشدند. سوزنبرگیان امروزه شامل کاج، نوئل و کاج شیلی هستند. مخروطداران کربونیفر، همچون امروزه، با شراط خشک سازگاری یافتند. نخستین سوزنبرگیان مخروط داشتند و برگهای سوزنشکلی که برای ذخیره و صرفهجویی در آب سازگاری یافته بود. دیگر انواع آشناتر سوزنبرگیان تاحدی دیرتر یعنی در عصر دایناسورها تکامل یافتند.
طرفه آن که برخی از بهترین شواهد گیاهان کربونیفر در زغالچوبهای سوختهای بهدست میآیند که بعد از آتشسوزیهای گسترده در جنگلها مدفون شدهاند. امروزه در مناطق حارّه غالباً آتشسوزیهای گستردهای رخ میدهد که صدها هکتار از جنگلها را میسوزانند و از بین میبرند. این آتشسوزیها ممکن است از تهسیگار روشنی آغاز شوند که با بیاحتیاطی در گوشهای از جنگل انداخته شده است و یا بهسبب یک بطری شیشهای که نور خورشید را متمرکز میکند، ولی این آتشسوزیها معمولاً دلایل طبیعی دارند؛ شاخه و برگهایی که بر کف جنگل میافتند ممکن است آنقدر خشک باشند که صاعقهای اتفاقی بر آنها، جرقة حریقی سنگین و گسترده را در جنگل موجب شود که روزها یا هفتهها ادامه داشته باشد. زغالچوبی که بعد از آتشسوزی برجای میماند همچنان تمامی جزییات ظریف سلولی چوبهای کهن را در خود حفظ کرده است و چنین نمونههای کهنی میتوانند حجم عظیمی از اطلاعات را به ما عرضه کنند.
آتشسوزیهای بزرگ همیشه ویرانگر نیستند؛ درواقع، رشد بسیاری از گیاهان وابسته به حریقی هرازگاهی در جنگل است که درختان قدیمی را پاکسازی کرده فضای کافی برای جوانههای تازه فراهم میآورد. خاکستر برجای مانده از آتشسوزی نیز فسفر و دیگر مواد مغذی را تأمین میکند. آتشسوزیهای گسترده در گذشته، خصوصاً در ناحیة کمربند استوایی در طول دورة کربونیفر، بیشتر شایع بود، و جوّ سرشار از اکسیژن آن دوره نیز مسلماً بیشتر از امروز موجبات آتشسوزی را فراهم میکرده است. بر اساس تحقیقات انجامگرفته بیشترین آمار آتشسوزی مربوط به نواحی مرتفعتر، و دور از سواحل رودخانهها بوده است، یعنی جایی که واریزههای گیاهی میتوانستند کاملاً خشک شوند. بعضی از آتشسوزیهای گستردة کربونیفر ممکن است ناشی از فورانهای آتشفشانی در نواحی همجوار با جنگلها بوده باشد، و یا ممکن است طی روندی منظم و در طول فصول گرم و خشک رخ داده باشند. آتشسوزیهای گسترده احتمالاً جزیی جداییناپذیر و همیشگی از رشد و بازرشد جنگلهاست. افزون بر این، موجب ناپایداری دامنههای تپه و زمینلغزههای هرازگاهی نیز میشود.
«زيستشناسي فقط در پرتوي تكامل است كه معنا مي يابد.»