فقدت الأرض تقريبًا كل أكسجينها منذ 2.3 مليار سنة

بالعربي/ دراسة تدفع بالارتفاع الدائم للأكسجين في الغلاف الجوي إلى ما بعد 100 مليون سنة عما كان يُعتقد سابقًا.

أظهرت دراسة جديدة أن انتقال الأرض إلى استضافة الغلاف الجوي المؤكسج بشكل دائم كان عملية توقف استغرقت 100 مليون سنة أطول مما كان يعتقد سابقًا.

عندما تشكلت الأرض لأول مرة قبل 4.5 مليار سنة ، لم يكن الغلاف الجوي يحتوي على أكسجين تقريبًا . ولكن منذ 2.43 مليار سنة ، حدث شيء ما: بدأت مستويات الأكسجين في الارتفاع ، ثم انخفضت ، مصحوبة بتغيرات هائلة في المناخ ، بما في ذلك العديد من التكتلات الجليدية التي ربما تكون قد غطت الكرة الأرضية بأكملها بالجليد. 

أشارت التوقيعات الكيميائية المحبوسة في الصخور التي تشكلت خلال هذه الحقبة إلى أنه بحلول 2.32 مليار سنة ، كان الأكسجين سمة دائمة للغلاف الجوي للكوكب.

لكن دراسة جديدة تتعمق في الفترة التي تلت 2.32 مليار سنة مضت وجدت أن مستويات الأكسجين كانت لا تزال تتأرجح ذهابًا وإيابًا حتى 2.22 مليار سنة مضت ، عندما وصل الكوكب أخيرًا إلى نقطة تحول دائمة. هذا البحث الجديد ، الذي نُشر في مجلة نيتشر في 29 مارس ، يمد فترة ما يسميه العلماء حدث الأكسدة العظيم بمقدار 100 مليون سنة. كما قد يؤكد العلاقة بين الأوكسجين والتقلبات المناخية الهائلة.

قال المؤلف المشارك في الدراسة أندري بيكر ، الجيولوجي بجامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد: “بدأنا الآن فقط في رؤية مدى تعقيد هذا الحدث”.

تكوين الأكسجين

تم صنع الأكسجين الذي تم إنشاؤه في حدث الأكسدة العظيم بواسطة البكتيريا الزرقاء البحرية ، وهي نوع من البكتيريا التي تنتج الطاقة عبر عملية التمثيل الضوئي . المنتج الثانوي الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي هو الأكسجين ، وقد أنتجت البكتيريا الزرقاء المبكرة في النهاية ما يكفي من الأكسجين لإعادة تشكيل وجه الكوكب إلى الأبد.

يظهر توقيع هذا التغيير في الصخور الرسوبية البحرية. في جو خالٍ من الأكسجين ، تحتوي هذه الصخور على أنواع معينة من نظائر الكبريت. (النظائر هي عناصر ذات أعداد متفاوتة من النيوترونات في نواتها.) عندما يرتفع الأكسجين ، تختفي نظائر الكبريت هذه لأن التفاعلات الكيميائية التي تنتجها لا تحدث في وجود الأكسجين.

لطالما درس بيكر وزملاؤه ظهور واختفاء إشارات نظائر الكبريت هذه. لاحظوا وباحثون آخرون أن صعود وهبوط الأكسجين في الغلاف الجوي يبدو أنه يتتبع ثلاثة تيارات جليدية عالمية حدثت بين 2.5 مليار و 2.2 مليار سنة مضت. ولكن الغريب أن التجلد الرابع والأخير في تلك الفترة لم يكن مرتبطًا بالتقلبات في مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي.

قال بيكر لـ Live Science إن الباحثين كانوا في حيرة من أمرهم. “لماذا لدينا أربعة أحداث جليدية ، ويمكن ربط ثلاثة منها وتفسيرها من خلال الاختلافات في الأكسجين الجوي ، لكن الرابع منها مستقل؟”

لمعرفة ذلك ، درس الباحثون الصخور الأصغر من جنوب إفريقيا. تغطي هذه الصخور البحرية الجزء الأخير من حدث الأكسدة العظيم ، من أعقاب التجلد الثالث حتى حوالي 2.2 مليار سنة مضت.

ووجدوا أنه بعد حدث التجلد الثالث ، كان الغلاف الجوي خاليًا من الأكسجين في البداية ، ثم ارتفع الأكسجين ثم انخفض مرة أخرى. ارتفع الأكسجين مرة أخرى قبل 2.32 مليار سنة – وهي النقطة التي اعتقد العلماء سابقًا أن الارتفاع فيها دائم. لكن في الصخور الأصغر ، اكتشف بيكر وزملاؤه مرة أخرى انخفاضًا في مستويات الأكسجين. تزامن هذا الانخفاض مع التجلد الأخير ، الذي لم يكن مرتبطًا من قبل بالتغيرات الجوية.

وقال بيكر: “كان أكسجين الغلاف الجوي خلال هذه الفترة المبكرة غير مستقر للغاية وارتفع إلى مستويات عالية نسبيًا وانخفض إلى مستويات منخفضة للغاية”. “هذا شيء لم نتوقعه حتى آخر 4 أو 5 سنوات [من البحث].”

البكتيريا الزرقاء مقابل البراكين

لا يزال الباحثون يعملون على معرفة سبب كل هذه التقلبات ، لكن لديهم بعض الأفكار. أحد العوامل الرئيسية هو الميثان ، وهو غاز دفيئة أكثر كفاءة في حبس الحرارة من ثاني أكسيد الكربون.

اليوم ، يلعب الميثان دورًا صغيرًا في ظاهرة الاحتباس الحراري مقارنة بثاني أكسيد الكربون ، لأن الميثان يتفاعل مع الأكسجين ويختفي من الغلاف الجوي في غضون عقد تقريبًا ، بينما يظل ثاني أكسيد الكربون موجودًا لمئات السنين. ولكن عندما كان هناك القليل من الأكسجين في الغلاف الجوي ، استمر الميثان لفترة أطول وكان بمثابة غازات دفيئة أكثر أهمية.  

لذا من المحتمل أن يكون تسلسل الأوكسجين وتغير المناخ قد سار على النحو التالي: بدأت البكتيريا الزرقاء في إنتاج الأكسجين ، والذي تفاعل مع الميثان في الغلاف الجوي في ذلك الوقت ، تاركًا وراءه ثاني أكسيد الكربون فقط. لم يكن ثاني أكسيد الكربون هذا وفيرًا بما يكفي لتعويض التأثير الاحتراري لغاز الميثان المفقود ، لذلك بدأ الكوكب يبرد. توسعت الأنهار الجليدية ، وأصبح سطح الكوكب جليديًا وباردًا. الإعلانات

لكن إنقاذ الكوكب من التجمد الدائم العميق كان عبارة عن براكين تحت جليدية. عزز النشاط البركاني في النهاية مستويات ثاني أكسيد الكربون عالية بما يكفي لتدفئة الكوكب مرة أخرى. وبينما تأخر إنتاج الأكسجين في المحيطات المغطاة بالجليد بسبب تلقي البكتيريا الزرقاء القليل من ضوء الشمس ، بدأ الميثان من البراكين والكائنات الحية الدقيقة في التراكم مرة أخرى في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى زيادة تسخين الأشياء. 

لكن مستويات ثاني أكسيد الكربون البركاني كان لها تأثير كبير آخر. عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع مياه الأمطار ، فإنه يشكل حمض الكربونيك ، الذي يذوب الصخور بسرعة أكبر من مياه الأمطار المحايدة الرقم الهيدروجيني. هذا التجوية الأسرع للصخور يجلب المزيد من العناصر الغذائية مثل الفوسفور إلى المحيطات. منذ أكثر من ملياري عام ، كان مثل هذا التدفق من المغذيات قد دفع البكتيريا الزرقاء البحرية المنتجة للأكسجين إلى جنون إنتاجي ، مما أدى مرة أخرى إلى زيادة مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى خفض الميثان وبدء الدورة بأكملها مرة أخرى.

في النهاية ، كسر تغيير جيولوجي آخر دورة الأكسجة والجليد هذه. يبدو أن هذا النمط قد انتهى منذ حوالي 2.2 مليار سنة عندما يشير سجل الصخور إلى زيادة في الكربون العضوي المدفون ، مما يشير إلى أن كائنات التمثيل الضوئي كانت في ذروتها. لا أحد يعرف بالضبط ما الذي تسبب في نقطة التحول هذه ، على الرغم من أن بيكر وزملاؤه يفترضون أن النشاط البركاني في هذه الفترة قد وفر تدفقًا جديدًا من العناصر الغذائية إلى المحيطات ، وأخيراً أعطى البكتيريا الزرقاء كل ما تحتاجه لتزدهر. في هذه المرحلة ، قال بيكر ، كانت مستويات الأكسجين مرتفعة بما يكفي لقمع التأثير الضخم للميثان بشكل دائم على المناخ ، وأصبح ثاني أكسيد الكربون الناتج عن النشاط البركاني ومصادر أخرى الغاز الدفيئة المهيمن للحفاظ على كوكب الأرض دافئًا.

قال بيكر إن هناك العديد من سلاسل الصخور الأخرى من هذه الحقبة في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك غرب إفريقيا وأمريكا الشمالية والبرازيل وروسيا وأوكرانيا. وقال إن هذه الصخور القديمة تحتاج إلى مزيد من الدراسة للكشف عن كيفية عمل الدورات المبكرة للأكسجين ، خاصة لفهم كيفية تأثير الصعود والهبوط على حياة الكوكب. 

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com