کریستال ها نشان می دهند که زمین اولیه یک “اسفنج” برای اکسیژن بوده است

admin3 ساعت پیش

0 0 خواندن این مطلب 4 دقیقه زمان میبرد

کریستال ها نشان می دهند که زمین اولیه یک “اسفنج” برای اکسیژن بوده است

بر اساس تحقیقات جدید، زمین بیش از یک میلیارد سال قبل از وقوع رویداد بزرگ اکسیداسیون (GOE) در حدود 2.3 میلیارد سال پیش به عنوان یک اسفنج اکسیژن زمین شناسی عمل می کرد. زمین‌شناسان مدت‌ها گمان می‌کردند که مقادیر محدودی اکسیژن گازی توسط باکتری‌های روی زمین قبل از GOE تولید می‌شد، نقطه عطفی که جو اولیه بدون اکسیژن را برای همیشه به گوشته حامی حیات تبدیل کرد. اما یک مطالعه جدید در علوم زمین طبیعت این اولین کسی است که مشخص می کند چه مدت پیش چنین اکسیژنی توسط فرآیندهای زمین شناسی در گوشته زمین جذب شد.

هوگو موریرا زمین شناس از دانشگاه پورتسموث در بریتانیا توضیح داد که گوشته زمین اولیه حاوی مقداری اکسیژن بود. او گفت، اما اولین بوهای اکسیژن گازی از کلنی‌های سیانوباکتری‌های فتوسنتزی در نهایت به اکسیژن موجود در گوشته اضافه شد و می‌توان آن را از طریق ادغام در برخی از بلورهای زیرکون ردیابی کرد.

“کمی اکسیژن تفاوت بزرگی ایجاد کرد.”

موریرا گفت که در ابتدا، مقدار اکسیژن اتمسفر بسیار ناچیز بود، اما “این مقدار کمی اکسیژن تفاوت زیادی ایجاد کرد” زیرا اکسیژن در جاهای دیگر محیط بسیار نادر بود. این آثار اولیه اکسیژن در جو به سرعت در واکنش‌های شیمیایی از طریق هوازدگی اکسیداتیو یا واکنش‌هایی با لایه‌های بیرونی سنگ‌های سطحی مصرف می‌شوند. این فرآیند، به نوبه خود، منجر به اکسیژن بیشتر در گوشته زمین شد، زمانی که سنگ های سطحی توسط فرآیندهای زمین شناسی اولیه مشابه فرورانش مدرن، که در آن یک صفحه تکتونیکی زیر دیگری می لغزد، پایین کشیده شدند.

«اختلاف بین چگونگی تکامل گوشته به خودی خود و چگونگی تکامل گوشته با افزودن [atmospheric] موریرا گفت که اکسیژن با بررسی اجزای موجود در برخی از بلورهای زیرکون محلول است.

مطالعه سانوکیتوئیدها

زیرکن‌ها برای دانشمندان واقعاً هیجان‌انگیز هستند زیرا اساساً کپسول‌های زمان هستند.

موریرا اولین نویسنده این مطالعه جدید است که کریستال های زیرکون را از سنگ های آذرین دانه درشت به نام سانوکیتوئیدها بررسی می کند که در کراتون ها یافت می شوند – مناطق زمین شناسی نزدیک به مراکز بسیاری از قاره های مدرن که زمین شناسان معتقدند هسته های باستانی آنها هستند. Sanukitoids به عنوان یک پنجره ژئوشیمیایی برای تشکیل کراتون عمل می کند و اغلب حاوی کریستال های زیرکون با اجزاء آپاتیت، یک ماده معدنی مبتنی بر فسفر است. این ترکیبات آپاتیت ممکن است شامل رگه هایی از گوگرد نیز باشد و حالت اکسیداسیون گوگرد میزان اکسیژن موجود در گوشته را هنگام تشکیل آپاتیت ها نشان می دهد. زیرکون همچنین حاوی اورانیوم است که به صورت رادیواکتیو با سرعت مشخصی تجزیه می‌شود، به این معنی که آزمایش‌ها می‌توانند دقیقاً زمان تشکیل بلورهای زیرکون را مشخص کنند، اغلب در طی یک میلیون سال یا بیشتر. موریرا گفت: «این مواد معدنی واقعاً برای دانشمندان هیجان‌انگیز هستند، زیرا اساساً کپسول‌های زمان هستند.

در نتیجه، تحقیقات جدید هم تاریخ سانوکیتوئید و هم وضعیت اکسیداسیون آن را در زمان تشکیل آن مشخص می کند. به نواحی زیر قطبی گوشته نگاه می‌کند – مکان‌هایی در گوشته بالایی که زمانی زیر آتشفشان‌های فعال بوده‌اند – زیرا محققان این نظریه را دارند که بیشترین تأثیر را اکسیداسیون سطحی خواهند داشت. اما پیامدهای گسترده‌تر این مطالعه برای کل گوشته است و تا هسته زمین گسترش می‌یابد، زیرا زمین‌شناسان بر این باورند که سنگ‌های ایجاد شده در مناطق زیر قطبی در طول زمان زمین‌شناسی به مناطق بسیار عمیق‌تر گردش می‌کنند.

اکسیداسیون بزرگ

میلیاردها سال پیش، بیشتر میکروب‌ها بی‌هوازی بودند و با مصرف آهن و سایر مواد معدنی در آب‌های کم عمق و اطراف دریچه‌های گرمابی، انرژی تولید می‌کردند.

تکامل فتوسنتز توسط سیانوباکتری ها یک پیشرفت بزرگ بود. زندگی را از وابستگی به فرآیندهای بی هوازی برای انرژی رها کرد و به سیانوباکتری‌ها اجازه داد در مستعمرات بزرگ‌تر هر جا که آب و نور خورشید وجود دارد رشد کنند. در نهایت – تقریباً 2.3 میلیارد سال پیش، طبق مطالعه جدید – اکسیژن آزاد شده توسط سیانوباکتری ها به عنوان یک محصول جانبی در اتمسفر انباشته شد و باعث GOE شد. یکی از اولین پیامدهای آن انقراض دسته جمعی میکروب های بی هوازی بود که نمی توانستند اکسیژن را تحمل کنند. اما اخیراً جو غنی از اکسیژن باعث ایجاد حیات پیچیده و اکسیژن‌ساز شده است.

مطالعه جدید موریرا و همکارانش نشان می‌دهد که گوشته زمین در اوایل 3.4 میلیارد سال پیش – بیش از یک میلیارد سال قبل از GOE – به بوهای اکسیژن اتمسفر از سیانوباکتری‌ها پاسخ می‌داد. محققان به افزایش قابل توجهی در فعالیت اکسیژن در گوشته بین 3.4 تا 3 میلیارد سال پیش اشاره کردند که نشان می‌دهد این فرآیند در آن زمان – بسیار زودتر از آنچه دانشمندان فکر می‌کردند – آغاز شد.

ریچارد پیلین زمین شناس از دانشگاه آکسفورد، که در این تحقیق شرکت نداشت، این کار را “رویکردی هوشمندانه” به مسئله تعیین قدمت اولین آثار اکسیژن اتمسفر از سیانوباکتری ها خواند. پالین سنگ‌های دوران آرکئن زمین را که بین 4 تا 2.5 میلیارد سال قدمت دارند و قبل از GOE تشکیل شده‌اند، در طول دوره تحت مطالعه مطالعه کرد.

او گفت Eos نگرانی اصلی او این بود که حجم نمونه سنگ‌های سانوکیتوئید مورد استفاده در این مطالعه نسبتاً کوچک بود – فقط 14 نمونه سنگ از سراسر جهان، که در مجموع 72 بلور زیرکون و 39 آخال آپاتیت را به دست می‌دادند. وی با بیان اینکه یافتن شواهد بهتر دشوار است، گفت: «مجموعه داده‌ها بسیار کم است.»

– تام متکالف (@HHAspasia)، نویسنده علم