المسؤولة:
درست كاتارينا إيلينا شميت الجيولوجيا / علم الحفريات في ماينتس، حيث حصلت على الدبلوم في عام 2013 داخل مجموعة العمل لعلم الحفريات التحليلي والتطبيقي. وفي عام 2019 ناقشت رسالة الدكتوراه الخاصة بها عن "كربونات المياه الضحلة الطباشيرية المبكرة من جبال الأبينيني الوسطى: علم الرواسب والطبقية الكيميائية والكيمياء الصلبة؛ بالإنجليزية: Early cretaceous shoal water carbonates from the Central Apennines: sedimentology, chemostratigraphy and sclerochemistry" في جامعة لايبنيز بهانوفر. ثم أنشأت مختبرًا للنظائر المشعة المستقرة في جامعة فيرارا (إيطاليا) وترأسته لمدة عام ونصف. وبالعودة إلى مجموعة عملها السابقة في جامعة ماينتس انصب تركيزها البحثي لهذا المشروع على إعادة تشكيل المناخ شبه الموسمي إلى العقدي في الماضي القديم والقريب، وعلم البيئة القديمة للرخويات وتأثير تغير المناخ على تطور الأرض.
الطرق المستخدمة:
يتمثل المحور الرئيسي لهذا المشروع الفرعي في إعادة صياغة ملامح الظروف المناخية الموسمية والدائمة عن طريق التصلب الزمني لقواقع الحلزون، وهذا يعني بحث التغيرات الفيزيائية والكيميائية في الأنسجة الصلبة المتراكمة لحيوانات اللافقاريات. تتكون أصداف قواقع الحلزون والرخويات بشكل عام من التراكم شبه المستمر لطبقات صغيرة من كربونات الكالسيوم. وتتشكل هذه الطبقات عادةً على أساس يومي جزئي حتى يومي، ويرتبط عرضها وتكوينها النظائري المستقر وكذلك تركيزات العناصر الصغرى والنادرة ارتباطًا وثيقًا بالظروف البيئية المحيطة. ولذلك يمكن أن يوفر تحليل مثل هذه السلسلة من القياسات على امتداد طول القشرة معلومات حول ظروف الموائل التي تعرض لها هذا الكائن الحي. من نواحٍ عديدة يعتبر علم التصلب الزمني مماثلاً لعلم تحديد أعمار الأشجار، وهو دراسة الحلقات السنوية للأشجار. بفضل تقنيات التحليل عالية الدقة المستخدمة (في نطاق الميكرومتر)، يمكن أن يسهم علم التصلب الزمني للقواقع في كشف النقاب عن المناخ السائد في الماضي بدقة زمنية شبه يومية.
يركز المشروع الفرعي لعلم الرخويات بشكل أساسي على التحليل المتعلق بالتصلب الزمني لقواقع حلزون المياه العذبة العتيقة والقواقع البرية. وعلى نحو مماثل للعصر الحالي يعد حلزون التاج الصنوبري (Melanoides tuberculata) أحد أكثر حلزونات المياه العذبة شيوعًا في طبقات العصر البرونزي في المنطقة الوسطى بعُمان. ونظرًا لأن هذا النوع مائي بالكامل، فإن ظهوره ينطوي على أهمية كبيرة لأنه يوثق وجود مسطحات مائية معرضة للهواء في موطن يعاني من ندرة المياه بشكل عام. يمكن استخدام النظائر المستقرة للكربون (δ13C) والأكسجين (δ18O) من قواقع هذه الجلزونات للحصول على معلومات حول درجات الحرارة وأصل مصادر المياه. وعلى الرغم من أنه لا يبدو واضحًا، فإنه قد تنمو الحلزونات البرية أيضًا في المناطق القاحلة والصحراوية. ومن بين أنواع أخرى يُحتمل أن يكون النوع Subulinidae Zootecus Insularis هو أكثر الحلزونات بطنية الأقدام البرية شيوعًا بطبقات الهولوسين في داخل عُمان. على عكس الأنواع المائية، فإن التركيب الجيوكيميائي لهذا الحلزون البري لا يتيح سوى معلومات محدودة حول درجة الحرارة المحيطة. ومع ذلك يمكن استخدام بيانات δ18O لإعادة صياغة ملامح ظروف هطول الأمطار ورطوبة الهواء. بالإضافة إلى ذلك ترتبط إشارة δ13C لقشرة Z. insularis ارتباطًا وثيقًا بوجود نباتات C3 و C4، والتي تعد بدورها مؤشرات قيمة للرطوبة التُربية (المرتبطة بالتربة).
يتسم التحليل الجيوكيميائي (وخصوصًا نظائر δ13C و δ18O) بالصعوبة البالغة، نظرًا لأن القواقع التي يتم فحصها نادرًا ما تكون أطول من سنتيمتر واحد وعادةً ما يكون سمكها أقل من 0.5 مم. ولهذا الغرض يتم استخراج كميات صغيرة جدًا من مسحوق الكربونات (حوالي 50 ميكروجرام) بعناية من القواقع باستخدام المثقاب اليدوي المستخدم في طب الأسنان ويتم تركيبه تحت المجهر. يتم بعد ذلك إذابة المساحيق في الحمض ويتم تحليل غاز ثاني أكسيد الكربون المنبعث باستخدام مطياف كتلة لنسبة النظائر. بعد ذلك يتم دمج بيانات النظائر المستقرة مع قياسات النمو الدقيق لغرض تأطير المعلومات الجيوكيميائية في سياق زمني. أدوات التحليل الأخرى المستخدمة في المشروع هي فحص الأنسجة البلورية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح، وتحليل LA-ICP-MS الجيوكيميائي في الموقع وقياس الطيف Raman من أجل الحصول على ملامح ورؤى إضافية حول تاريخ الحياة المستقى من المحفوظات الخاضعة للبحث وكذلك التأثيرات البيئية.
يوفر تحليل التصلب الزمني للرخويات من مواقع الاكتشاف الأثرية فرصة غير مسبوقة لمعرفة المزيد عن كيفية تطور مجتمعات العصر البرونزي في ظل ظروف مناخية صعبة في المنطقة الوسطى بعُمان. وفي الوقت نفسه ستوفر هذه الدراسة قاعدة بيانات استثنائية لمناخ حقبة الهولوسين الوسطى في خطوط العرض المنخفضة وخصائص المنطقة المناخية الواقعة بين مدارين على مدى آلاف السنين الماضية. وتنطوي هذه البيانات على أهمية أساسية لفهم ديناميكية المناخ الموسمي والموسمي القديم، أي التغير البيئي الذي يدركه الإنسان.
النتائج الأولية:
أمكن الاستعانة بتحليلات بيانات النظائر الأولى في القسم الفرعي لعلم الرخويات لإعادة بناء بعض الظروف البيئية القديمة. تُظهر قيم δ13C للقواقع الأرضية أنه في أوائل العصر البرونزي كانت نباتات C4 هي السائدة في المنطقة، مما يُستبعد الاستخدام الزراعي لها على نطاق واسع. غير أن هذا الأمر تغير في أواخر العصر الإسلامي، حيث إن القواقع منذ ذلك الحين أصبح لها بشكل أساسي آثارًا يمكن أن ترتبط بنباتات C3 (الأشجار والمحاصيل). وبالاستعانة بقيم δ18O للأنواع الأرضية كان من الممكن إعادة بناء أنظمة هطول الأمطار القديمة المتغيرة للغاية في منطقة الخشبة. فأظهرت إحدى القشور نمط هطول الأمطار الموسمية/الإعصارية من المحيط الهندي، بينما أظهرت الأصداف الأخرى آثارًا لهطول الأمطار يرجع السبب فيها إلى الكتل الهوائية القادمة من الشمال.
تشير القواقع المائية، المستخرجة من خنادق منطقة الخشبة، إلى أن المياه يُرجح أنها كانت دائمة ومتدفقة. كما تشير القيم الموسمية الضعيفة δ18O إلى أن القواقع كانت تعيش في مسطحات مائية ذات تأثير حماية بيئي قوي، والذي يُحتمل أن تكون قد نشأت عن الإمداد المستمر بالمياه العذبة بدرجة حرارة ثابتة و/أو إشارة الماء الثابتة δ18O، وهو ما يرجح تدفق المياه الجوفية في باطن الأرض من الخنادق.