دراسة: "الولادة الفوضوية" للأكسجين في الغلاف الجوي الأرضي استغرقت 200 مليون سنة

أصبح استنشاق الأكسجين على الأرض أمرا بسيطا للغاية الآن، إلا أن تراكمه الأولي على الكوكب لم يكن سهلا.

ووفقا لدراسة جديدة، استغرقت الأرض نحو 200 مليون سنة للحصول على الأكسجين، ويشير العلماء إلى هذه الظاهرة باسم حدث الأكسدة العظيم (GOE).

وقال العلماء إنه منذ نحو 2.5 مليار سنة، بدأ الأكسجين الحر، أو O2، في التراكم لأول مرة إلى مستويات كبيرة في الغلاف الجوي للأرض، ما مهد الطريق لظهور الحياة المعقدة على كوكبنا المتطور.

وقام العلماء بتحليل نسب نظائر الثاليوم المستقرة. وركز فريق البحث على الصخور البحرية في جنوب إفريقيا، ما أدى إلى إلقاء نظرة ثاقبة على ديناميكيات أكسجة المحيطات خلال هذه الفترة الحاسمة من تاريخ الأرض.

ومن خلال تحليل نسب نظائر الثاليوم المستقرة والعناصر الحساسة للأكسدة والاختزال، اكتشفوا أدلة على وجود تقلبات في مستويات الأكسجين البحري التي تزامنت مع التغيرات في الأكسجين الجوي.

وقال تشادلين أوستراندر، الأستاذ المساعد في قسم الجيولوجيا والجيوفيزياء بجامعة يوتا: “لقد استمر هذا الحدث 200 مليون سنة على الأقل. إن تتبع تراكم الأكسجين في المحيطات كان صعبا للغاية حتى الآن”.

وأضاف: “تشير البيانات الناشئة إلى أن الارتفاع الأولي للأكسجين في الغلاف الجوي للأرض كان ديناميكيا، وكان يتكشف بشكل متقطع ربما حتى قبل 2.2 مليار سنة.

وتؤكد بياناتنا صحة هذه الفرضية، بل وتذهب خطوة أخرى إلى الأمام من خلال توسيع هذه الديناميكيات لتشمل المحيط”.

واكتشف فريق أوستراندر في وقت سابق أن الأكسجين لم يصبح جزءا دائما من الغلاف الجوي إلا بعد نحو 200 مليون سنة من بدء عملية الأوكسجين العالمية، أي في وقت متأخر كثيرا عما كان يعتقد سابقا.

والدليل القاطع على وجود غلاف جوي يعاني من نقص الأكسجين هو وجود توقيعات نظائر الكبريت النادرة والمستقلة عن الكتلة في السجلات الرسوبية قبل حدث الأكسدة الكبير (GOE).

وفي الواقع، هناك عدد قليل جدا من العمليات على الأرض يمكنها توليد توقيعات نظائر الكبريت هذه، ومن المعروف أن الحفاظ عليها في السجل الصخري يتطلب بالتأكيد غياب الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي، وفقا للعلماء.

وخلال النصف الأول من تكوين الأرض، كان الغلاف الجوي والمحيطات خاليا إلى حد كبير من الأكسجين. ويبدو أن هذا الغاز تم إنتاجه بواسطة البكتيريا الزرقاء في المحيط قبل حدث الأكسدة الكبير (GOE)، ولكن في هذه الأيام الأولى تم تدمير الأكسجين بسرعة في التفاعلات مع المعادن المكشوفة والغازات البركانية.

ووجدت الدراسة أن بصمات نظائر الكبريت النادرة تختفي ولكنها تعود للظهور مرة أخرى، ما يشير إلى ارتفاع وانخفاض الأوكسجين المتعدد في الغلاف الجوي خلال حدث الأكسدة الكبير (GOE). ولم يكن هذا “حدثا” واحدا.

وذكر أوستراندر أن الأرض لم تكن جاهزة للتأكسج عندما بدأ إنتاج الأكسجين. واحتاج كوكبنا إلى وقت ليتطور بيولوجيا وجيولوجيا وكيميائيا ليكون ملائما للأكسجين.

وتابع: “إن هذا مثل التأرجح. لديك إنتاج الأكسجين، ولكن لديك الكثير من تدمير الأكسجين، بحيث لا يحدث شيء. وما زلنا نحاول معرفة متى قلبنا الموازين تماما ولم تتمكن الأرض من العودة إلى الغلاف الجوي الخالي من الأكسجين”.