اجداد انسان چگونه در دوران وارونگی قطب‌های مغناطیسی زمین زنده ماندند؟

خورشید همیشه دشمنی ساکت اما جدی برای انسان‌ها، حتی انسان خردمند باستانی بوده است. حدود ۴۰ هزار سال پیش، اجداد ما ممکن است از برخی از همان فناوری‌هایی که امروزه برای محافظت در برابر آفتاب‌سوختگی به‌کار می‌بریم بهره‌مند شده باشد؛ از جمله کرم‌های ضدآفتاب معدنی، لباس‌های متناسب و استفاده از غارها به‌عنوان سایه‌ و پناهگاه.

به‌گزارش پاپیولار ساینس، بر اساس مطالعه‌ای تازه، پیشرفت در روش‌های مقابله با آفتاب سوزان ممکن است به‌ویژه در دوره‌ای که قطب‌های مغناطیسی زمین دچار جابه‌جایی شده‌اند و آفتاب قوی‌تر و خطرناک‌تر بوده، مزایایی مهمی برای بقا و گسترش انسان‌ها در مناطق مختلف زمین فراهم کرده باشند.

میدان مغناطیسی زمین توسط چرخش آن و همچنین چرخش هسته‌ی سیاره‌مان ایجاد می‌شود. هسته‌ی زمین که از آهن مذاب تشکیل شده، جریان‌های الکتریکی تولید می‌کند. این جریان‌ها هاله‌ای پیرامون زمین ایجاد می‌کنند که به محافظت از سیاره در برابر پرتوهای کیهانی کمک می‌کند. این پرتوها با نازک‌کردن لایه‌ی ازن زمین، پرتوهای فرابنفش (UV) بیشتری وارد جو می‌کنند. تعامل این ذرات با میدان مغناطیسی زمین به ایجاد شفق قطبی منجر می‌شود.

گاه‌به‌گاه، قطب‌های مغناطیسی زمین از موقعیت جغرافیایی سنتی خود جابه‌جا می‌شوند که به آن، انحرافات ژئومغناطیسی گفته می‌شود. این اتفاق فرایندی طبیعی است که تقریباً ۱۸۰ بار در طول تاریخ ۴٫۵ میلیارد ساله‌ی زمین اتفاق افتاده است. دانشمندان معتقدند که این پدیده ناشی از بی‌ثباتی در فرایندهایی است که میدان مغناطیسی زمین را ایجاد می‌کنند.

آخرین انحراف ژئومغناطیسی شناخته‌شده به نام رویداد لاشامپ حدود ۴۱ تا ۴۲ هزار سال پیش رخ داد؛ زمانی که قطب شمال مغناطیسی شروع به حرکت به سمت اروپا کرد. در طول این وارونگی، میدان مغناطیسی ضعیف شد، شفق‌های قطبی در سراسر جهان قابل مشاهده شدند و پرتوهای مضر فرابنفش بیشتری از فضا به زمین رسیدند.

شواهد باستان‌شناسی نشان می‌دهند که در زمان آخرین وارونگی‌ قطبی، انسان‌های خردمند به احتمال زیاد شروع به ساخت لباس‌های متناسب کرده بودند و از رنگ‌دانه‌ای به نام اخرا به‌طور فزاینده استفاده می‌کردند. این نوآوری‌ها ممکن است نقشی کلیدی در گسترش جمعیت انسان‌های خردمند در مناطق امروزی اروپا و آسیا ایفا کرده باشند، آن هم در شرایطی که جمعیت نئاندرتال‌ها رو به کاهش بود.

آگنیت موخوپادیای، فیزیکدان فضایی از دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان مقاله، توضیح می‌دهد: «در مطالعه تمامی مناطقی را که میدان مغناطیسی زمین در آن‌ها پیوستگی نداشته و به ذرات پرانرژی خورشیدی یا پرتوهای کیهانی اجازه نفوذ تا سطح زمین را می‌داده‌اند، با هم ترکیب کردیم. مشاهده کردیم که بسیاری از این مناطق با فعالیت‌های انسان‌های اولیه در ۴۱ هزار سال پیش، به‌ویژه افزایش استفاده از غارها و ضدآفتاب پیش‌تاریخی، به‌طرز قابل‌توجهی مطابقت دارند.»

عکاس: Agnit Mukhopadhyay / University of Michigan

تیم پژوهشی با استفاده از چارچوب مدلسازی آب‌و‌هوای فضایی، مدل‌هایی از تعامل ذرات فضایی با میدان مغناطیسی زمین ساخت. موخوپادیای، مدلی را توسعه داد که پیش‌بینی می‌کند سامانه‌ی پلاسما چگونه با میدان مغناطیسی زمین برهم‌کنش می‌کند و در نهایت، به شکل‌گیری شفق قطبی منجر می‌شود.

موخوپادیای، با همکاری سانیا پانوسکا، محقق از مرکز علوم زمین‌شناسی GFZ در آلمان، بازسازی سه‌بعدی از سامانه‌ی ژئوفضای زمین در دوره‌ی وارونگی لاشامپ ارائه داد. در این مطالعه، سه مدل مستقل با یکدیگر ترکیب شدند: یک مدل جهانی برای بازسازی میدان مغناطیسی زمین در آن دوره، مدلی برای توصیف محیط پلاسما در اطراف زمین و مدلی دیگر که شکل شفق‌های قطبی را در آن زمان پیش‌بینی می‌کرد. نتیجه‌ی این تلفیق، نقشه‌ای سه‌بعدی از مناطقی بود که ذرات باردار می‌توانستند از طریق آن‌ها به زمین نفوذ کنند.

زمانی که پژوهشگران نقشه‌ی سه‌بعدی بازسازی‌شده از سامانه ژئوفضایی زمین را بر نقشه‌ی جهانی تطبیق دادند، دریافتند که بازه‌ی زمانی وارونگی لاشامپ با دوره‌هایی از تغییرات در الگوهای زیستی و رفتاری گروه‌های انسانی ساکن در سیاره‌‌‌ی زمین همزمان بوده است.

عکاس: Agnit Mukhopadhyay / University of Michigan

انسان‌های خردمند (هومو ساپینس) و نئاندرتال‌ها حدود ۵۶ هزار سال پیش به‌طور همزمان در اروپا زندگی می‌کردند. بااین‌حال، شواهد نشان می‌دهد که حدود ۴۰ هزار سال پیش دیگر گونه‌ای به نام نئاندرتال در اروپا وجود نداشته است.

رِیوِن گاروی، انسان‌شناس دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان مطالعه، گفت: «تفاوت‌های میان این دو گونه (نئاندرتال‌ها و انسان‌های امروزی از نظر ریخت‌شناسی) و اینکه چه عواملی می‌توانند دلیل ناپدید‌شدن نئاندرتال‌ها باشند، دهه‌هاست که یکی از پرسش‌های مهم انسان‌شناسی به‌شمار می‌رود.»

گاروی بر این باور است که لباس ممکن است یکی از تفاوت‌های کلیدی میان این دو گونه بوده باشد. ابزارهای پیشرفته‌ای که برای ساخت لباس‌های متناسب با فرم بدن به‌کار می‌رفته‌اند، در مکان‌های باستان‌شناسی مربوط به انسان‌های امروزی یافت شده‌اند، اما در مکان‌هایی که نئاندرتال‌ها زندگی می‌کردند، چنین شواهدی به‌طور قطعی پیدا نشده است.

باستان‌شناسان ابزارهایی مانند کاردک برای آماده‌سازی پوست حیوانات و همچنین سوزن‌ها و درفش‌هایی برای دوخت لباس در محوطه‌های مربوط به انسان‌های مدرن یافته‌اند. به گفته‌ی گاروی، لباس‌های دوخته‌شده و متناسب با بدن، گرمای بیشتری فراهم می‌کردند که این گرما، جابجایی بیشتر برای یافتن غذا را امکان‌پذیر و همچنین از پوست در برابر آسیب‌های ناشی از نور خورشید محافظت می‌کرده است.

از سوی دیگر، انسان‌های اولیه احتمالاً استفاده از رنگدانه‌ی طبیعی اخرا را نیز افزایش داده بودند. اخرا رنگدانه‌ای متشکل از اکسید آهن، خاک رس و سیلیس است که هزاران سال توسط گونه‌های مختلفی از انسان‌تباران به کار می‌رفته؛ چه برای نقاشی اشیاء، چه برای نقاشی دیواره‌های غارها یا حتی تزئین بدن.

گاروی می‌گوید: «آزمایش‌هایی انجام‌شده نشان می‌دهد اخرا خاصیت محافظتی در برابر آفتاب دارد و در واقع، ضدآفتاب مؤثری محسوب می‌شود. برخی جوامع نیز از اخرا دقیقاً برای همین هدف استفاده کرده‌اند. افزایش استفاده از این رنگدانه و ارتباط آن با انسان‌های مدرن به‌ویژه در دوران رخداد لاشامپ، نشان می‌دهد که احتمالاً برای محافظت در برابر خورشید از آن استفاده می‌شد.»

به گفته‌ی تیم تحقیقاتی، اگرچه یافته‌ها‌ی مطالعه قطعی نیست، راه جدیدی برای نگریستن به داده‌های موجود ارائه می‌دهد. گاروی گفت: «فکر می‌کنم مهم است که تأکید کنیم این یافته‌ها همبستگی دارند و (مطالعه‌ی ما) در واقع نوعی فراتحلیل است؛ اما به‌نظرم این دیدگاه تازه‌ای در زمینه‌ی رویداد لاشامپ ارائه می‌دهد.»

مدل سه‌بعدی به ما امکان می‌دهد پیش‌بینی کنیم که چگونه وارونگی‌های آتی ممکن است ما را تحت‌تأثیر قرار دهند. اگر وارونگی‌ای مانند شالامپ در زمان حال رخ دهد، ممکن است شاهد خاموشی‌های سراری، از کار افتادن ماهواره‌های ارتباطی و به‌هم‌ریختگی سیستم‌های مخابراتی باشیم. چنین رخدادهایی حتی در رویدادهای کوچک‌تر آب‌وهوای فضایی هم تاکنون اتفاق افتاده‌اند.

نتایج مطالعه همچنین نشان می‌دهد که انسان‌ها توانستند در سیاره‌ای با جوی بسیار متفاوت نسبت به امروز، زنده بمانند. موخوپادیای گفت: «بسیاری از مردم می‌گویند یک سیاره بدون میدان مغناطیسی قوی نمی‌تواند میزبان حیات باشد. اما نگاه‌کردن به زمین پیشتاریخی به‌ویژه در زمان رویدادهایی مثل این، به ما کمک می‌کند تا فیزیک سیارات فراخورشیدی را از زاویه‌ای بسیار متفاوت مطالعه کنیم. در آن زمان نیز حیات وجود داشت، اما کمی با الان متفاوت بود.»

مطالعه در نشریه‌ی Science Advances منتشر شده است.