مراحل النظائر البحرية

مراحل النظائر البحرية ( MIS )، أو مراحل نظائر الأكسجين البحرية ، أو مراحل نظائر الأكسجين ( OIS )، هي فترات متناوبة من الدفء والبرودة في مناخ الأرض القديم ، تُستنتج من بيانات نظائر الأكسجين المستمدة من عينات لبية من أعماق البحار . وبالرجوع إلى الوراء من الحاضر، الذي يُمثل المرحلة MIS 1 على المقياس، نجد أن المراحل ذات الأرقام الزوجية تتميز بمستويات عالية من الأكسجين-18، وتمثل فترات جليدية باردة، بينما تتميز المراحل ذات الأرقام الفردية بانخفاض مستويات الأكسجين-18، مما يُمثل فترات دافئة بين جليدية . وتُستمد هذه البيانات من حبوب اللقاح وبقايا المنخربات ( العوالق ) في عينات لبية من الرواسب البحرية المحفورة ، والرواسب العضوية ، وغيرها من البيانات التي تعكس المناخ التاريخي؛ وتُسمى هذه البيانات بالمؤشرات .

طُوِّرَ المقياس الزمني MIS انطلاقًا من العمل الرائد الذي قام به سيزار إميلياني في خمسينيات القرن العشرين، مُعدِّلًا نظامًا سابقًا وضعه عالم المحيطات غوستاف أرهينيوس . ويُستخدم هذا المقياس الآن على نطاق واسع في علم الآثار ومجالات أخرى لتحديد التواريخ في العصر الرباعي (آخر 2.6 مليون سنة)، كما يُوفِّر بيانات شاملة ودقيقة لتلك الفترة لعلم المناخ القديم، أو دراسة المناخ المبكر للأرض، ^{[ 1 ]} ويمثل "المعيار الذي نربط به سجلات مناخ العصر الرباعي الأخرى". ^{[ 2 ]} واعتمد عمل إميلياني بدوره على تنبؤ هارولد أوري في ورقة بحثية نُشرت عام 1947، والذي مفاده أن نسبة نظائر الأكسجين-18 والأكسجين-16 في الكالسيت ، وهو المكون الكيميائي الرئيسي للأصداف والأجزاء الصلبة الأخرى لمجموعة واسعة من الكائنات البحرية، يجب أن تتغير تبعًا لدرجة حرارة الماء السائدة التي تكوَّن فيها الكالسيت. ^{[ 3 ]}

تم تحديد أكثر من 100 مرحلة، يعود تاريخها حاليًا إلى حوالي 6 ملايين سنة، وقد يمتد النطاق في نهاية المطاف إلى 15 مليون سنة. بعض المراحل، ولا سيما المرحلة النظيرية البحرية 5 (MIS 5)، مقسمة إلى مراحل فرعية، مثل "MIS 5a"، حيث تُعتبر المراحل 5a و5c و5e دافئة، بينما تُعتبر المرحلتان b وd باردتين. يمكن أيضًا استخدام نظام ترقيم للإشارة إلى "الآفاق" (الأحداث بدلًا من الفترات)، فعلى سبيل المثال، تمثل المرحلة النظيرية البحرية 5.5 ذروة المرحلة النظيرية البحرية 5e، بينما تمثل المراحل 5.51 و5.52 وما إلى ذلك ذروات وقيعان السجل بمستوى تفصيلي أدق. بالنسبة للفترات الأحدث، يستمر تطوير دقة زمنية متزايدة. ^{[ 4 ]}

في عام ١٩٥٧، انتقل إميلياني إلى جامعة ميامي للاستفادة من سفن ومعدات حفر اللب، وبدأ الحفر في منطقة البحر الكاريبي وجمع بيانات اللب. وفي عام ١٩٦٧، تحقق تقدم هام آخر، عندما اقترح نيكولاس شاكلتون أن التقلبات التي طرأت على نسب النظائر البحرية بمرور الوقت، والتي أصبحت واضحة آنذاك، لم تكن ناجمة عن تغيرات في درجة حرارة الماء، كما اعتقد إميلياني، بل بشكل رئيسي عن تغيرات في حجم الصفائح الجليدية، التي امتصت، عند تمددها، نظير الأكسجين-١٦ الأخف بدلاً من نظير الأكسجين-١٨ الأثقل. ^{[ ٥ ]} ووجد أن دورات نسبة النظائر تتوافق مع الأدلة الأرضية على العصور الجليدية وما بين الجليدية. وكشف رسم بياني لسلسلة المراحل بأكملها عن تقدمات وتراجعات غير متوقعة للجليد، كما أوضح تفاصيل المراحل الجليدية وما بين الجليدية .

أكدت عينات اللب الجليدي الحديثة من الجليد الجليدي الحالي صحة هذه الدورات من خلال دراسات ترسب حبوب اللقاح القديمة . وتتيح العديد من الطرق حاليًا إمكانية الحصول على تفاصيل إضافية. ويجري ربط المراحل بالفترات المحددة مع اكتشاف تواريخ جديدة واستكشاف مناطق جديدة جيولوجيًا. وتبدو السجلات النظائرية البحرية أكثر اكتمالًا وتفصيلًا من أي نظائر أرضية مماثلة، وقد مكّنت من تحديد تسلسل زمني للتجلد خلال العصرين البليوسيني والبليستوسيني . ^{[ 6 ]} ويُعتقد الآن أن التغيرات في حجم الصفائح الجليدية الرئيسية ، مثل صفيحة لورنتيد الجليدية التاريخية في أمريكا الشمالية، هي العامل الرئيسي الذي يتحكم في الاختلافات في نسب نظائر الأكسجين. ^{[ 7 ]}

تتطابق بيانات برنامج النظائر البحرية (MIS) أيضًا مع البيانات الفلكية لدورات ميلانكوفيتش للتأثير المداري ، أو تأثيرات التغيرات في الإشعاع الشمسي الناتجة عن تغيرات دورية طفيفة في ميل محور دوران الأرض  - "النظرية المدارية". في الواقع، كان تطابق بيانات برنامج النظائر البحرية مع نظرية ميلانكوفيتش، التي وضعها خلال الحرب العالمية الأولى، عاملاً أساسيًا في اكتساب النظرية قبولًا عامًا، على الرغم من وجود بعض المشكلات المتبقية في نقاط معينة، ولا سيما ما يُعرف بمشكلة الـ 100,000 عام . بالنسبة للفترات الحديثة نسبيًا، تدعم بيانات التأريخ بالكربون المشع وعلم تحديد أعمار الأشجار أيضًا بيانات برنامج النظائر البحرية. ^{[ 8 ]} تكتسب الرواسب أيضًا مغنطة متبقية ناتجة عن الترسيب، مما يسمح بربطها بانعكاسات المجال المغناطيسي الأرضي . بالنسبة لعينات اللب القديمة، لا يمكن عادةً تمييز الترسبات السنوية الفردية، ويتم تحديد التاريخ من المعلومات المغناطيسية الأرضية الموجودة في اللب. ^{[ 9 ]} يتم توفير معلومات أخرى، وخاصة فيما يتعلق بنسب الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، من خلال تحليل عينات الجليد .

الأنتج مشروع SPECMAP ، الممول من المؤسسة الوطنية للعلوم في الولايات المتحدة، تسلسلًا زمنيًا معياريًا واحدًا لسجلات نظائر الأكسجين ، على الرغم من وجود تسلسلات أخرى. استُخلص هذا التسلسل الزمني عالي الدقة من عدة سجلات نظائرية، ثم جرى تنعيم المنحنى المركب وترشيحه ومواءمته مع الدورات المعروفة للمتغيرات الفلكية. صُمم استخدام عدد من الملفات النظائرية للتخلص من أخطاء "التشويش" التي قد تكون موجودة في سجل نظائري واحد. ^{[ 10 ]} مشروع بحثي ضخم آخر مولته الحكومة الأمريكية في سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي هو مشروع المناخ: التحقيق طويل المدى، ورسم الخرائط، والتنبؤ (CLIMAP)، والذي نجح إلى حد كبير في هدفه المتمثل في إنتاج خريطة للمناخ العالمي في ذروة العصر الجليدي الأخير ، قبل حوالي 18000 عام، مع توجيه بعض الأبحاث أيضًا نحو دراسة المناخ قبل حوالي 120000 عام، خلال الفترة الجليدية الأخيرة. أتاحت التطورات النظرية والبيانات المحسنة بشكل كبير المتاحة بحلول سبعينيات القرن العشرين إمكانية إجراء "توليف شامل"، اشتهر من خلال ورقة بحثية نُشرت عام 1976 بعنوان " التغيرات في مدار الأرض: منظم العصور الجليدية" (في مجلة ساينس )، من تأليف جيه دي هايز وشاكلتون وجون إمبري ، والتي لا تزال مقبولة على نطاق واسع، وتغطي النطاق الزمني للعصر الجليدي البحري والتأثير السببي لنظرية المدار. ^{[ 11 ]}

في عام 2010، تخلت اللجنة الفرعية المعنية بعلم طبقات العصر الرباعي التابعة للجنة الدولية لعلم الطبقات عن قوائم تواريخ النظائر البحرية الأخرى، وبدأت باستخدام قائمة Lisiecki & Raymo (2005) LR04 Benthic Stack، بصيغتها المحدثة. وقد قامت بتجميعها لورين ليسيكي ومورين رايمو . ^{[ 12 ]}

فيما يلي تواريخ بدء أحدث مرحلة من مراحل النظائر البحرية (باستثناء المراحل الفرعية للمرحلة النظيرية البحرية 5) (ليسيكي ورايمو 2005، LR04 Benthic Stack ). الأرقام، بوحدات آلاف السنين، مأخوذة من موقع ليسيكي الإلكتروني. ^{[ 13 ]} تشير الأرقام الخاصة بالمراحل الفرعية في المرحلة النظيرية البحرية 5 إلى ذروة هذه المراحل الفرعية وليس إلى حدودها.

تاريخ بدء نظام المعلومات الإدارية    

• MIS 1 – 14 ألف سنة مضت، نهاية العصر الجليدي الأصغر، تمثل بداية الهولوسين . كان لا بد من مراعاة الفترات الزمنية الأقل دراسة في تاريخ LR04 البالغ 14 ألف سنة مضت، ولذلك يُفضل التاريخ المقبول عمومًا وهو 11.7 ألف سنة مضت. ^{[ 14 ]}
• MIS 2 – 29 ( أقصى ذروة للعصر الجليدي الأخير )
• MIS 3 – 57 ^{[ أ ]} (تسمى MIS 5d- MIS 2 فترة العصر الجليدي الأخير ، والتجلد الويسكونسيني في أمريكا الشمالية، والتجلد الفايشلي في شمال أوروبا)
• MIS 4 – 71
• MIS 5 – 130، وعادة ما يتم تقسيمها إلى أ إلى هـ:
  • MIS 5a – 82 (ذروة المرحلة الفرعية بين الجليدية)
  • MIS 5b – 87 (ذروة المرحلة الجليدية الفرعية)
  • MIS 5c – 96 (ذروة المرحلة الفرعية بين الجليدية)
  • MIS 5d – 109 (ذروة المرحلة الجليدية الفرعية)
  • MIS 5e – 123 (ذروة العصر الجليدي الأخير ، والمعروف أيضًا باسم إيميان من بين أسماء أخرى)
• MIS 6 – 191 ( الفترة الجليدية قبل الأخيرة ، وتسمى أيضًا العصر الجليدي الإلينوي في أمريكا الشمالية، والعصر السالي في شمال أوروبا، والعصر الوولستوني في بريطانيا)
• MIS 7 – 243 (فترة ما بين الجليديات في أفلي في بريطانيا)
• MIS 8 – 300 (أوائل ولستونيان في بريطانيا)
• MIS 9 – 337 ( فترة بورفليت الجليدية في بريطانيا) ^{[ 16 ]}
• MIS 10 – 374
• MIS 11 – 424 ( فترة هوكسنيان الجليدية في بريطانيا، وفترة هولشتاين الجليدية في أوروبا الوسطى)
• MIS 12 – 478 ( العصر الجليدي الأنجلي في بريطانيا، والعصر الجليدي إلستر في شمال أوروبا)
• MIS 13 – 524
• MIS 14 – 563
• MIS 15 – 621
• MIS 16 – 676
• MIS 17 – 712
• MIS 18 – 761
• MIS 19 – 790 ( انعكاس برونهيس-ماتوياما )
• MIS 20 – 814
• MIS 21 – 866

وتستمر القائمة حتى المرحلة البحرية النظيرية 104، والتي بدأت قبل 2.614 مليون سنة.

فيما يلي تواريخ بدء أحدث مراحل النظائر البحرية (MIS)، مُقاسةً بآلاف السنين ( kya )، وذلك باستخدام نسخ قديمة من التسلسل. استُخلصت الأرقام الأولى من دراسة أيتكن وستوكس استنادًا إلى باسينو وآخرون (1994)، بينما تمثل الأرقام بين قوسين تقديرات بديلة من مارتينسون وآخرون للمرحلة 4، أما الأرقام الأخرى فهي من بيانات SPECMAP في دراسة إمبري وآخرون (1984). بالنسبة للمراحل من 1 إلى 16، تتوافق أرقام SPECMAP مع الأرقام المذكورة هنا في حدود 5 آلاف سنة. جميع الأرقام حتى المرحلة 21 من النظائر البحرية مأخوذة من جدول 1.4 لأيتكن وستوكس، باستثناء المراحل الفرعية للمرحلة 5 من النظائر البحرية، المأخوذة من جدول 1.1 لرايت. ^{[ 17 ]}

• من المرحلة البحرية النظيرية 1 إلى 11 ألف سنة مضت، يمثل نهاية العصر الجليدي الأصغر بداية العصر الهولوسيني ، الذي يستمر حتى الوقت الحاضر
• المرحلة البحرية النظيرية 2-24 قرب ذروة العصر الجليدي الأخير
• MIS 3 – 60
• MIS 4 – 71 (74)
• MIS 5 – 130، يشمل العصر الإيمي ؛ عادة ما يتم تقسيمه إلى 5e:
  • MIS 5a – 84.74
  • MIS 5b – 92.84
  • MIS 5c – 105.92
  • MIS 5d – 115.105
  • MIS 5e – 130.115
• MIS 6 – 190
• MIS 7 – 244
• MIS 8 – 301
• MIS 9 – 334
• MIS 10 – 364
• MIS 11 427، الأكثر تشابهاً مع MIS 1.
• MIS 12 – 474
• MIS 13 – 528
• MIS 14 – 568
• MIS 15 – 621
• MIS 16 – 659
• MIS 17 – 712 (689)
• MIS 18 – 760 (726)
• MIS 19 – 787 (736)
• MIS 20 – 810 (763)
• MIS 21 – 865 (790)

بعض المراحل الأقدم، بالملايين من السنين: ^{[ 18 ]}

• المرحلة البحرية النظيرية 22 - قبل 1.03 مليون سنة، والتي تمثل نهاية العصر البافلي في أوروبا
• MIS 62 – 1.75، نهاية تيجليان
• MIS 103 – 2.588، نهاية العصر البليوسيني وبداية العصر البليستوسيني ، على المقياس الزمني INQUA (التعريفات القديمة تضع هذا التغيير عند 1.806 مليون سنة مضت  - تاريخ MIS غير متأثر).

• الجدول الزمني للتجلد
• سجل درجة الحرارة الجيولوجية
• مقياس الحرارة القديمة
• الأنثروبوسين
• مصطبة بحرية
• قلب الجليد

• أيتكن، مارتن جيه وستوكس، ستيفن، في تايلور، رويال إرفين تايلور وأيتكن، مارتن جيم (محرران)، التأريخ الزمني في علم الآثار ، الفصل 1، 1997، بيركهاوزر، ISBN 0-306-45715-6، ISBN 978-0-306-45715-9كتب جوجل
• أندروز، جون ت. (2000). "تحديد تواريخ الأحداث الجليدية وعلاقتها بتغير المناخ العالمي" . في: جاي ستراتون نولر؛ جانيت م. ساورز؛ ويليام ر. ليتيس (محررون). علم تحديد أعمار العصر الرباعي: الأساليب والتطبيقات . رف المراجع التابع للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي. الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي. الصفحات 447-455 . doi : 10.1029/RF004p0447 . ISBN  978-1-118-66848-1.رقم الكتاب المعياري الدولي (ISBN) 0-87590-950-7، ISBN 978-0-87590-950-9
• "مختصر"، أوج، جيمس جورج، أوج، غابي، غرادستين إف إم، المقياس الزمني الجيولوجي المختصر ، 2008، مطبعة جامعة كامبريدج، 2008، رقم ISBN 0-521-89849-8، ISBN 978-0-521-89849-2
• كرونين، توماس م.، المناخات القديمة: فهم تغير المناخ في الماضي والحاضر ، مطبعة جامعة كولومبيا، 2010، رقم ISBN 0-231-14494-6، ISBN 978-0-231-14494-0كتب جوجل
• بيتيت، بول؛ وايت، مارك (2012). العصر الحجري القديم البريطاني: المجتمعات البشرية على حافة عالم البليستوسين . أبينغدون، المملكة المتحدة: روتليدج. ISBN 978-0-415-67455-3.
• ساورز، جانيت م. (2000). "ربط التضاريس والرواسب الرباعية بتغير المناخ العالمي" . في: جاي ستراتون نولر؛ جانيت م. ساورز؛ ويليام ر. ليتيس (محررون). علم التسلسل الزمني الرباعي: الأساليب والتطبيقات . رف المراجع التابع للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي. الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي. ص 425-426 . doi : 10.1029/RF004p0425 . ISBN  978-1-118-66848-1.رقم الكتاب المعياري الدولي (ISBN) 0-87590-950-7، ISBN 978-0-87590-950-9
• رايت، جيمس د. (2000). "تغير المناخ العالمي في سجلات النظائر المستقرة البحرية" . في: جاي ستراتون نولر؛ جانيت م. ساورز؛ ويليام ر. ليتيس (محررون). علم التسلسل الزمني للعصر الرباعي: الأساليب والتطبيقات . رف المراجع التابع للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي. الاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي. الصفحات 427-433 . doi : 10.1029/RF004p0427 . ISBN  978-1-118-66848-1.رقم الكتاب المعياري الدولي (ISBN) 0-87590-950-7، ISBN 978-0-87590-950-9

• Cohen, KM and Gibbard, PL, Global chronostratigraphical correlation table for the last 2.7 million years (educated version 2011), Subcommission on Quaternary Stratigraphy, International Commission on Stratigraphy: Cambridge.

• المرحلة الفرعية 5e للنظائر البحرية والفترة الجليدية بين العصر الجليدي إيميان ، بقلم ن. ج. شاكلتون ، 2003
• تركيزات غازات الاحتباس الحراري على مدى 650 ألف عام ، RealClimate ، 2005
• التغيرات الجليدية على مدى المليوني سنة الماضية ، بقلم ب. هيبرز ، 2007
• البصمة المناخية القديمة القطبية للمرحلة النظيرية البحرية 31 ، ريد شيرر ، 2007
• التأثير المحيطي على المرحلة الجليدية 11 من النظائر البحرية ، ألكسندر ج. ديكسون، كريستوفر ج. بير، سيارا ديمبسي، مارك أ. ماسلين، جيمس أ. بيندل، إيرين ل. مكليمونت وريتشارد د. بانكوست ، 2009
• آخر مرة بلغت فيها مستويات ثاني أكسيد الكربون هذا الارتفاع: قبل 15 مليون سنة ، أرادنا تريباتي ، 2009
• المركز الوطني الأمريكي لمكافحة الأمراض
• خريطة مواصفات ناسا
• جدول الارتباط الزمني الطبقي العالمي لآخر 2.7 مليون سنة، الإصدار 2010، اللجنة الدولية لعلم الطبقات