معمای اکسیژنِ قابل استنشاق در ۲.۵ میلیارد سال پیش

زمين‌شناسانِ دانشگاه رايس نظريۀ جديدي را ارائه کرده‌اند که پيدايش غلظت‌هاي بالايي از اکسيژن در اتمسفر زمين را در ۲.۵ ميليارد سال پيش تبيين مي‌کند. دانشمندان از آن بعنوان “رويداد اکسايش بزرگ”(GOE) ياد مي‌کنند. محقق و نويسنده ارشد مقاله «جيمز ايگوچي» دانشجوي مقطع فوق دکتري در دانشگاه کاليفرنيا که از رساله دکتري خود در دانشگاه رايس دفاع کرد، اظهار داشت: «آنچه اين مقاله را منحصربفرد مي‌کند، اين است که صرفا نمي‌خواهد افزايش اکسيژن را توضيح دهد. مقالۀ حاضر بر آن است تا ويژگي‌هاي ژئوشيمي سطحي و تغيير ترکيب ايزوتوپ‌هاي کربن را توضيح بدهد؛ ايزوتوپ‌هايي که مدت ِ کوتاهي پس از رويدادِ افزايش اکسيژن در بقاياي سنگي کربناته مشاهده شدند. ما در تلاش هستيم تا همۀ اينها را با يک ساز و کار توضيح دهيم که به ساختار دروني عميق زمين، صفحات تکتونيکي و گاز زداي کربن دي‌اکسيد از آتشفشان‌ها مي‌پردازد.» همکاران ايگوچي عبارتند از «راجديپ داگوپتا» ژئوشيميدان نظري و آزمايشي و استاد دانشگاه رايس در گروه علوم زمين، محيط زيست و سياره‌اي که در انجام محاسبات مدل نقش داشت؛ و «جاني سيلز» دانشجوي فارغ التحصيل دانشگاه رايس. دانشمندان از مدت‌ها پيش به نقش فتوسنتز اشاره کردند؛ فرايندي که موجب توليد اکسيژن مازاد مي‌شود و يک منبع احتمالي براي سطح بالاي اکسيژن در طول «رويداد اکسايش بزرگ» برشمرده مي‌شود. به گفته داگوپتا، در نظريۀ جديد از نقش ارگانيسم‌هاي فتوسنتزي اوليه و سيانوباکتري‌ها در «رويداد اکسايش بزرگ» صرف‌نظر نمي‌شود. داگوپتا گفت: «اکثر افراد فکر مي‌کنند افزايش اکسيژن به سيانوباکتري‌ها مربوط مي‌شود و البته اشتباه هم نمي‌کنند. پيدايش ارگانيسم‌هاي فتوسنتزي توانست اکسيژن را آزاد کند. اما مهمترين سوال اين است که آيا زمان‌بندي اين پيدايش با زمان‌بندي «رويداد اکسايش بزرگ» مطابقت دارد يا خير. يافته‌هاي ما نشان داد که مطابقتي ميان اين دو وجود ندارد.» سيانوباکتري‌ها تا ۵۰۰ ميليون سال قبل از «رويداد اکسايش بزرگ» در زمين زنده بودند. اگرچه نظريه‌هاي بسيار مختلفي ارائه شده که چرا اينقدر طول کشيد تا اکسيژن در اتمسفر زمين ظاهر شود، اما داگوپتا گفت که در حال حاضر نظريه‌اي ندارد که توضيح دهد چرا تغيير مشهودي در ميزان ايزوتوپ‌هاي کربن در مواد معدني کربن‌دار به وجود آمد و اين رويداد تقريبا ۱۰۰ ميليون سال پس از «رويداد اکسايش بزرگ» اتفاق افتاد.

در اين عکس، روند چرخش کربن غيرآلي در گوشته نشان داده شده که سريع‌تر از کربن آلي اتفاق افتاده و حاوي مقدار بسيار اندکي ايزوتوپ کربن-۱۳ مي‌باشد. کربن آلي و غيرآلي هر دو در نواحي همرفتي به درون گوشته زمين کشيده شده‌اند. به دليل رفتارهاي شيميايي متفاوت، کربن غيرآلي از طريق فوران‌هاي آتشفشاني بازگردانده مي‌شود. کربن آلي مسير طولاني‌تري را در پيش مي‌گيرد؛ چرا که به درون بخش‌هاي عميق گوشته کشيده شده و از طريق آتشفشان‌هاي جزيره‌اي بازگردانده مي‌شود. اختلاف در زمان چرخه بازگرداني به همراه افزايش فعاليت آتشفشاني، مي‌تواند نشانه‌هاي کربن ايزوتوپي را در سنگ‌هايي نشان بدهد که با «رويداد اکسايش بزرگ» در ۲.۴ ميليارد سال قبل ارتباط دارد. يک مورد از هر صد اتم کربن، ايزوتوپ کربن-۱۳ است و ۹۹ مورد ديگر کربن-۱۲ هستند. اين نسبت ۱ به ۹۹ در کربنات به خوبي خودش را نشان مي‌دهد. ايگوچي در ادامه افزود: «سيانوباکتري‌ها ترجيح ميدهند کربن-۱۲ را بگيرند، تا کرين-۱۳. وقتي کربن آلي يا سيانوباکتري بيشتري توليد مي‌شود، مخزني که در آن کربنات‌ها توليد مي‌شوند، از کربن-۱۲ خالي مي‌شود. برخي افراد از اين براي توضيح رويداد Lomagundi استفاده مي‌کنند، اما دوباره مسئلۀ زمان‌بندي مطرح مي‌شود.»

ژئوفيزيکدان‌هايي به نام(از سمت چپ) جيمز ايگوچي، جاني سيلز و راجديپ گوپتا نظريۀ جديدي ارائه دادند که تلاش مي‌کند نخستين پيدايش غلظت بالايي از اکسيژن در اتمسفر زمين در حدود ۲.۵ ميليارد سال قبل را تببين نمايد. همچنين اين نظريه مي‌خواهد تغيير عجيبِ نسبت ايزوتوپ‌هاي کربن را در مواد معدني کربن‌دار توضيح بدهد. ايگوچي گفت: «وقتي به شواهد و مستندات زمين‌شناسي نگاه مي‌کنيم، معلوم مي‌شود که افزايشِ نسبت کربن-۱۳ به کربن-۱۲، ده‌ها ميليون سال پس از افزايش سطح اکسيژن اتفاق افتاد. لذا توضيح اين دو رويداد با تغيير در نسبت کربن آلي به کربنات، قدري سخت و چالش برانگيز مي‌شود.» سناريويي که محققان براي توضيح همۀ اين عوامل مطرح ساختند، به اين صورت است: افزايش قابل توجهِ فعاليت تکتونيکي منجر به شکل‌گيري آتشفشان‌هايي شد که کربن دي‌اکسيد را وارد اتمسفر کرد. آب و هوا گرم‌تر شد و بارش باران افزايش پيدا کرد؛ همين عامل منجر به افزايش هوازدگي گشت؛ يعني تجزيه شيميايي مواد معدني جامد در قاره‌هاي باير زمين. هوازدگي باعث پيدايش رواناب‌هاي غني از مواد معدني شد که راه خود را به سمت اقيانوس بردند؛ سرانجام تعداد سيانوباکتري‌ها و کربنات‌ها افزايش پيدا کرد. کربن آلي و غيرآلي از اينها توانست به بستر دريا راه يابد و مجددا در نواحي همرفتي به گوشته زمين بازگردانده شد؛ يعني جايي که صفحات اقيانوسي به زير قاره‌ها کشيده مي‌شوند. با ذوب شدن و راه يافتن مجدد رسوبات به درون گوشته، کربن غيرآلي قدري زودتر آزاد شد و به واسطه آتشفشان‌ها مستقيما در بالاي نواحي همرفتي به اتمسفر راه يافت. کربن آلي که ميزان کربن-۱۳ بسيار ناچيزي داشت، به درون گوشته کشيده شد و صدها ميليون سال بعد در قالب کربن دي‌اکسيد از آتشفشان‌هايي نظير هاوايي به بيرون راه پيدا کرد. ايگوچي در ادامه گفت: «اين يک فرايند چرخشي بزرگ است. از نظر ما، مقدار سيانوباکتري‌ها تقريبا در ۲.۴ ميليارد سال قبل به طور چشمگيري افزايش پيدا کرده بود. پس مي‌توان گفت که اين عامل باعث افزايش سطح اکسيژن در زمين شده است. اما افزايش سيانوباکتري‌ها با افزايش کربنات به نوعي متوازن مي‌شود. پس تا زماني که کربنات و کربن آلي به درون قسمت‌هاي عميق زمين راه پيدا نکنند، نسبت کربن-۱۲ به کربن-۱۳ عوض نمي‌شود وقتي اين کار انجام شد، ژئوشيمي وارد عمل مي‌شود و باعث مي‌شود دو شکل کربن براي بازه‌هاي زماني متفاوتي در گوشته باقي بمانند. کربنات‌ها راحت‌تر در ماگما آزاد مي‌شوند و در طي مدت زمان کوتاهي مجددا به سطح بازگردانده مي‌شوند. مطالعۀ ما بر اهميتِ نقش فرايندهاي بخش‌هاي عميق زمين و فرگشت حيات در سطح تاکيد دارد. پيشنهاد ما اين است که انتشار کربن دي‌اکسيد براي تکثير حيات اهميت بالايي داشته است. مقالۀ ما نشان مي‌دهد که فرايندهاي فعال در بخش‌هاي عميق زمين چطور بر حيات سطحي در گذشتۀ زمين تاثير گذاشتند.» داگوپتا در پايان گفت: «درک بهتر اين قضيه که سياره زمين چگونه به مکان قابل سکونتي تبديل شد، مي‌تواند براي مطالعه سکونت‌پذيري و فرگشت حيات در سياره‌هاي ديگر از اهميت والايي برخوردار باشد.» جزئيات بيشتر اين پژوهش در مجله Nature Geoscience منتشر شده است. ترجمه: منصور نقي‎لو منبع: scitechdaily.com ما را در کانال «آخرين خبر» دنبال کنيد

---

بازار

---