داستان های آتش را می توان روی دانه های شن نوشت

در جهان در حال گرم شدن ما، آتش‌سوزی‌های جنگلی در حال رشد هستند بزرگتر و داغتر. اما مقایسه مستقیم بین شعله های آتش مدرن و تاریخی دشوار است. اکنون محققان دریافته‌اند که نشانه‌هایی از شدت آتش‌سوزی‌های تاریخی ممکن است به دانه‌های شن تبدیل شود.

گفت: «ما واقعاً در گذشته طرز فکر خوبی در مورد اینکه آتش سوزی‌های جنگلی چقدر داغ بوده یا در لایه‌های مختلف ستون خاک چه اتفاقی می‌افتد، نداریم». شانون ماهان، زمین شناس سازمان زمین شناسی ایالات متحده که در این کار دخالتی نداشت. اگرچه حلقه‌های درختی می‌توانند آتش‌سوزی را ثبت کنند، اما نمی‌توانند دمایی را که خاک تجربه کرده است نشان دهند و این پروکسی برای مناطق بدون درخت مانند علفزارها کار نمی‌کند. ولی شن همه جا هست. “داشتن سابقه ای از آن در یک دانه رسوبی – بسیار جدید و مفید است.”

گفت: «ما در حال انجام یک تکنیک از قبل شناخته شده، خواص شناخته شده یک کانی کوارتز – دانه‌های شن – و استفاده از آن برای ثبت قرار گرفتن در معرض آتش هستیم.» تامی ریتنور، زمین‌شناس در دانشگاه ایالتی یوتا. مطالعات قبلی از لومینسانس کوارتز یا تولید نور در شرایط خاص برای تاریخ مواد باستان شناسی بهره برده اند. ریتنور با دانستن اینکه شدت این تولید نور مربوط به مواجهه قبلی کوارتز با نور و گرما است، مشکوک است که این ماده معدنی ممکن است سرنخ هایی از شدت آتش سوزی را نیز ثبت کند.

برای آزمایش قوز، یک زمین شناس آوریل فینی نمونه‌هایی را از سایت‌هایی در محدوده آتش‌سوزی منگوم ۲۰۲۰ در آریزونا که در نزدیکی گراند کانیون سوخته بود، جمع‌آوری کرد. هسته‌های خاک او از مکان‌هایی می‌آمدند که تیم سطوح مختلف شدت سوختگی خاک را بر اساس میزان پوشش گیاهی پاک‌شده توسط آتش اندازه‌گیری کرد. محققان ذرات کوارتز را از 3 سانتی متر بالای ماسه جمع آوری و تمیز کردند و از یک تکنیک آزمایشگاهی به نام لومینسانس تحریک شده نوری (همان روشی که در تاریخ گذاری باستان شناسی استفاده می شود) برای درخشش نمونه های کوارتز استفاده کردند. هر چه یک منطقه بدتر می سوخت، کوارتز آن روشن تر می درخشید. فینی که در حین تحصیل در دانشگاه ایالتی یوتا در این کار شرکت داشت، گفت: «واقعاً هیجان‌انگیز بود». او گفت که هیچ کس قبلاً واقعاً رابطه بین شدت آتش و درخشندگی کوارتز را مطالعه نکرده بود.

آتش سوزی های کوچک همه جا را ثبت می کند

این تکنیک جدید بر اساس نحوه تعامل کوارتز با گرمای آتش سوزی جنگل است. کوارتز در الگوی تکرارشونده اتم‌ها دارای نقص‌هایی است – مثلاً گاهی اوقات اکسیژن را از دست می‌دهد. به دلیل بار مثبت، چنین نقاطی الکترون ها را به دام می اندازند. با گذشت زمان، مجموعه ای از نقص های کوارتز به طور طبیعی الکترون ها را جمع می کند. اما قرار گرفتن در معرض گرمای شدید می تواند الکترون ها را آزاد کند. کوارتزی که در معرض آتش قرار گرفته است تعداد بیشتری از این تله‌های خالی را دارد و در نتیجه در پاسخ به لومینسانس تحریک شده نوری درخشان‌تر می‌درخشد.

این تغییر در لومینسانس کوارتز تنها اثرات آخرین آتش سوزی جنگل در منطقه را حفظ می کند. اما ماهان گفت: «وقتی این سیگنال وجود دارد، پاک کردن آن خیلی آسان نیست. او گفت، اما اگرچه کوارتز در همه جا وجود دارد، همه یکسان نیستند. تغییرات در نمونه‌های کوارتز می‌تواند منجر به تفاوت در سیگنال‌های نوری آنها شود، بنابراین کاربرد گسترده این تکنیک ممکن است نیاز به کالیبراسیون دقیق داشته باشد.

فینی گفت که با استفاده از این کاربرد جدید لومینسانس، محققان می توانند بفهمند که چگونه آتش سوزی های داغ در گذشته می سوختند. «ما فرصت‌های بیشتری برای درک تاریخ آتش‌سوزی‌ها از آنچه تصور می‌کردیم داریم.» درک اینکه چگونه افزایش خشکی و افزایش دما باعث تغییر آتش‌سوزی‌های جنگلی شده است، می‌تواند به اطلاع‌رسانی شیوه‌های مدیریتی کمک کند، مانند تعداد دفعات آن. سوختگی های تجویز شده او گفت که باید انجام شود. ریتنور و فینی کار خود را ارائه کردند در اکتبر در نشست انجمن زمین شناسی آمریکا در پیتسبورگ.

و این روش می‌تواند بینشی در مورد تأثیر آتش‌سوزی‌های عمیق‌تر در زیر سطح فراهم کند. او گفت، مگر اینکه محققان به منطقه‌ای دسترسی داشته باشند که بتوانند حسگرهای دما را قبل از سوختگی کنترل‌شده قرار دهند، بررسی چگونگی گرم شدن سطوح مختلف خاک در هنگام آتش‌سوزی دشوار است. لوک مک گوایر، یک ژئومورفولوژیست در دانشگاه آریزونا که بخشی از این مطالعه نبود. اما با استفاده از این روش، دانشمندان می‌توانند چگونگی تغییر گرمایش با عمق خاک و چگونگی تأثیر این تغییرات بر پدیده‌هایی که اغلب پس از آتش‌سوزی دیده می‌شوند را بررسی کنند، مانند رانش زمین و زباله ها جاری می شوند.

اما، مک گوایر گفت، کاملاً مشخص نیست که شرایط مختلف آتش سوزی مانند دما، مدت زمان و بار سوخت با شدت سوختگی خاک چگونه ارتباط دارد. آزمایش های کنترل شده در سوزاندن تجویز شده می تواند به روشن شدن برخی از این روابط کمک کند. آزمایش های مشابه بخشی از گام های بعدی دانشمندان است. آنها همچنین قصد دارند تکنیک خود را با آزمایش آن در مکان ها و اکوسیستم های دیگر اصلاح کنند.

به دلیل اثری که آتش روی کوارتز بر جای می‌گذارد، آن‌ها ممکن است بتوانند به صدها یا حتی هزاران سال قبل برگردند تا ببینند آتش‌های داغ و طولانی در گذشته چگونه می‌سوختند.

ریتنور گفت: «همه اینها روی شن ها نوشته شده است.

– کارولین ویلک (@ CarolynMWilke)، نویسنده علم

نقل قول: Wilke، C. (2023)، تاریخ آتش را می توان روی دانه های شن نوشت، Eos، 104، https://doi.org/10.1029/2023EO230446. ارسال شده در 21 نوامبر 2023

متن © 2023. نویسندگان. CC BY-NC-ND 3.0
مگر اینکه غیر از این ذکر شده باشد، تصاویر مشمول حق چاپ هستند. هرگونه استفاده مجدد بدون اجازه صریح از صاحب حق چاپ ممنوع است.

متصل