آیا آتشفشان‌ها اکسیژنی که تنفس می‌کنیم را فراهم کردند؟

اعتقاد بر این است که جو زمین به دلیل افزایش نسبتا سریع میکروارگانیسم‌هایی که قادر به انجام فتوسنتز بودند، برای حدود ۲.۵ میلیارد سال غنی از اکسیژن شده است. محققان مکانیسمی را برای توضیح رویدادهای اکسیژن‌رسانی به زمین ارائه کرده‌اند که می‌توانسته آغازی بر این رویداد بوده باشد. یافته‌های آن‌ها حاکی از آن است که فعالیت‌های آتشفشانی شرایط را به‌اندازه کافی تغییر داده‌اند تا در نتیجه اکسیژن‌رسانی تسریع شود.

به نقل از ساینس‌دیلی، آیا تا به حال به هوای وارد شده به ریه‌های خود فکر کرده‌اید؟ این هوا عمدتا از نیتروژن بی‌اثر تشکیل شده است و اکسیژن ارزشمندی که زندگی ما به آن وابسته است تنها ۲۱ درصد از آن را تشکیل می‌دهد. اما هوای زمین همیشه اینگونه نبوده است. در واقع، چندین رویداد انقراض دسته جمعی در زمان‌هایی رخ داده است که این رقم به طور چشمگیری تغییر کرده بود. اگر به اندازه کافی به عقب برگردیم، متوجه خواهیم شد که پیش از حدود سه میلیارد سال قبل، اصلا اکسیژن وجود نداشته است. پس چه چیزی تغییر کرد و چگونه اکسیژن شکل گرفت؟

اعتقاد بر این است که حدود ۲.۵ میلیارد سال پیش، رویداد بزرگ اکسیژن رسانی (GOE) اتفاق افتاد که به احتمال زیاد به دلیل تکثیر میکروارگانیسم‌هایی بوده است که از شرایط مساعد استفاده می‌کردند و با رقابت کمی روبرو بوده‌اند. آنها اساسا جو غنی از دی اکسید کربن را به جوی غنی از اکسیژن تبدیل می‌کردند و به دنبال آن حیات پیچیده‌ای به وجود آمد که این فراوانی جدید اکسیژن، باب میلش بود. اما به نظر می‌رسد که برخی از رویدادهای پیش‌ساز اکسیژن رسانی نیز وجود داشته است که ممکن است ماهیت و زمان دقیق تغییرات و شرایط لازم برای شروع رویداد بزرگ اکسیژن‌رسانی را نشان دهد.

فعالیت میکروارگانیسم‌ها در اقیانوس، نقش اساسی در تکامل اکسیژن اتمسفر را داشت. با این حال، ما فکر می‌کنیم که این فرآیند بلافاصله منجر به اکسیژن‌سازی جو نشد، زیرا مقدار مواد مغذی مانند فسفات در اقیانوس در آن زمان محدود بود و فعالیت سیانوباکتری‌ها را محدود می‌کرد. احتمالا برخی رویدادهای زمین‌شناسی عظیم از جمله رشد قاره‌ها وفعالیت‌های آتشفشانی شدید رخ داده است و بر شکل‌گیری این فرآیند تاثیرگذار بوده است.

محققان از یک مدل آماری برای شبیه‌سازی جنبه‌های کلیدی تغییرات زیستی، زمین‌شناسی و شیمیایی در اواخر دوران آرکئن (۳.۰-۲.۵ میلیارد سال پیش) استفاده کردند. آنها دریافتند که فعالیت‌های آتشفشانی در مقیاس بزرگ باعث افزایش دی اکسید کربن اتمسفر و در نتیجه گرم شدن آب و هوا و افزایش عرضه مواد مغذی به اقیانوس شده است و در نتیجه باعث تغذیه حیات دریایی شده که به نوبه خود به طور موقت اکسیژن جو را افزایش داده‌اند. با این حال، افزایش اکسیژن چندان ثابت نبوده و به صورت نوسانی تغییر می‌کرده است.

بزرگترین چالش ایجاد یک مدل عددی بود که بتواند رفتار پیچیده و دینامیکی چرخه‌های بیوژئوشیمی را در شرایط آرکئن شبیه‌سازی کند.  درک این عوامل و تغییرات برای محدود کردن زمان ظهور میکروارگانیسم‌های فتوسنتزی ضروری است.