علت احاطه شدن زمین با اکسیژن کشف شد

به گزارش کلیک، دانشمندان زمین شناسی دانشگاه رایس (Rice)، دانشگاه ییل (Yale) و دانشگاه توکیو (Tokyo) در حال پاسخ دهی به این سوال همیشگی هستند که جو اکسیژن کره زمین چطور به دست آمده است.
نتایج این تیم بر اساس مدل جدیدی که مبتنی بر تحقیقات در زمینه های مختلف از جمله پترولوژی، ژئودینامیکی، آتشفشان شناسی و ژئوشیمی بوده این هفته در مجله Nature Geoscience منتشر شد. این دانشمندان مدعی هستند که افزایش اکسیژن در جو زمین نتیجه شکل گیری اجتناب ناپذیر قاره ها در دوران حیات و صفحات تکتونیکی بود.

آنچه گفته شد در واقع ایده ای بسیار ساده است اما به گفته لی (Cin-Ty Lee) نویسنده و مؤلف راهبر مقاله و استاد زمین شناسی دانشگاه رایس ، درک کامل آن نیازمند داشتن پیش زمینه ای خوب از چگونگی کارکرد زمین می باشد. مصداقی که من در اغلب موارد از آن استفاده می کنم خروج آب از وان حمام است. سطح آب در وان حمام توسط میزان آب جاری شده از شیر آب و بهره وری از طریق خروج آب از مجرای فاضلاب وان کنترل می شود. گیاهان و انواع خاصی از باکتری ها، اکسیژن را به عنوان محصول جانبی فتوسنتز تولید می کنند. محصول اکسیژن پس از ته نشینی واکنش اکسیژن با آهن وگوگرد موجود در پوسته زمین و سپس واکنش با کربن آلی موازنه می شود. برای مثال ما اکسیژن را تنفس می کنیم و دی اکسید کربن پس می دهیم که اساسا این اکسیژن را از جو زمین می گیریم. به طور خلاصه داستان اکسیژن به درک منابع و سینک ها برمی گردد اما شرح سه میلیارد سال از چگونگی تشکیل اکسیژن به واقع بسیار پیچیده تر از این است.

توضیحات لی به همراه دو تن از نویسندگان همکار در رابطه با این مقاله، لورنس یونگ (Laurence Yeung) و آدرین لناردیک Adrian Lenardic)) از دانشگاه رایس به همراه ریان (Ryan Mckenzine) و دانشگاه یوکویاما یوسکی توکیو (Tokyo's Yusuke Yokoyama) بر روی یک مدل جدید نشان می دهد که چگونه اکسیژن هوا در دو مرحله اساسی به جو زمین اضافه شد: یک مرحله در حدود ۶۰۰ میلیون سال پیش و دیگری حدود ۲ میلیارد سال پیش.
امروزه حدود ۲۰% از جو زمین را اکسیژن مولکولی یا O2 تشکیل می دهد. اکسیژن آزادی که به عنصر دیگری متصل نشده باشد به عنوان اتم اکسیژن در دیگر گازهای اتمسفر مانند دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد وجود دارند.
در واقع اکسیژن یکی از فراوان ترین عناصر در سیاره های سنگی مانند مریخ، زهره و زمین است وبا این حال یکی از شیمیایی ترین عناصر واکنشی محسوب می شود. اکسیژن به همراه بسیاری از دیگر عناصر پیوندهای شیمیایی قوی به وجود می آورد و یکی از نتایج آن این است که منجر به محصور باقی ماندن آن در اکسیدهایی می شود که برای همیشه در قالب سنگ در سیاره مدفون شده اند. در این زمینه، زمین از سایر سیارات مستثنی نیست؛ تقریبا همه اکسیژن زمین هنوز هم در درون صخره های عمیق به طور محصور شده باقی مانده است.
لی و همکارانش ثابت کردند که ترکیب پوسته قاره زمین حدود ۲٫۵ میلیارد سال پیش تغییر اساسی داشته است. وی افزود: این دوره که با اولین افزایش اکسیژن جو مصادف شده است، با ظهور ذره های فراوانی از کانی های شناخته شده ای موسوم به زیرکون ها (Zircons) مشخص شده بود.

حضور زیرکون ها بیانگر این است که زیرکون های متبلور شده در خارج از صخره های گداخته با ترکیب های خاص و پیدایش آن ها حاکی از تغییرات عمیقی از سیلیکا ضعیف به سیلیکا غنی آتشفشانی می باشد.
ارتباط ترکیبات اتمسفری این است که سنگ های سیلیکایی غنی به مراتب آهن و گوگرد کمتری نسبت به سنگ های سیلیکایی فقیر دارند و آهن و گوگرد با اکسیژن واکنش نشان می دهند و گودالی برای اکسیژن شکل می گیرد.
وی اضافه کرد: بر این اساس، ما معتقدیم که افزایش اکسیژن برای اولین بار ممکن است به دلیل کاهش قابل توجه در بهره وری از سینک اکسیژن باشد. مصداق وان ، معادلی تقریبا مرتبط با تخلیه است.
لی بیان کرد این مطالعه نشان می دهد که افزایش دوم در اکسیژن هوا مربوط به تغییر در محصولات قابل مقایسه با جاری شدن آب از شیر آب است.

قیاس وان حمام ساده و زیبا است، اما پیچیدگی به آن اضافه شده که باید در نظر گرفته شود. پیچیدگی مزبور این است که تولید اکسیژن در نهایت به چرخه کربن جهانی بین زمین ، زیست کره، اقیانوس و جو زمین گره خورده است.
بر اساس پژوهش صورت گرفته، این مدل نشان داد که چرخه کربن زمین هرگز در یک حالت پایدار نبوده است. چرا که کربن به صورت دی اکسید کربن به آرامی از اعماق زمین و عبور از مسیر فعالیت های آتشفشانی به سطح می آید. دی اکسید کربن یکی از مواد تشکیل دهنده اصلی عمل فتوسنتز است.
پژوهشگر راهبر این پروژه معتقد است: در بازه های زمانی طولانی مدت زمین شناسی ، کربن به صورت تولید اشکال تغلیظ شده از کربن، مانند کربن آلی و مواد معدنی به نام کربنات از اتمسفر زمین حذف شد. در بخش عظیمی از تاریخ زمین، کربن بسیاری نه دراعماق اقیانوس بلکه در حاشیه قاره ها ذخیره شده است. این وضعیت بسیار عمیق شده است زیرا کربن ذخیره شده در قاره ها یک بار دیگر به درون زمین باز نمی گردند. در عوض زمانی که آتشفشان ها قاره ها را تحریک می کنند، کربن برای ورود به اتمسفر تقویت می شود.
لی در ادامه سخنانش بیان داشت که فعالیت های آتشفشانی و سایر داده های زمین شناسی کربن در جو زمین ممکن است با گذشت زمان افزایش یافته باشد، و از آنجا که تولید اکسیژن به تولید کربن گره خورده است، تولید اکسیژن نیز باید افزایش یابد. افزایش ثانویه اکسیژن در جو زمین اخیرا در طول تاریخ زمین رخ داده است.

لی بر این باور است که شکل گیری پوسته قاره ها به طور طبیعی به دو مرحله افزایش اکسیژن هوا منجر می شود، درست همان طور که ما در پیشینه های فسیلی می بینیم.
این که دقیقا چه چیزی باعث تغییر در ترکیب پوسته در طول اولین رویداد اکسیژن شده است همچنان در هاله ای از ابهام ماده است. اما این تیم پژوهشی معتقد است که این مسئله احتمالا مربوط به حرکات صفحات تکتونیکی زمین است که در آن سطح زمین ، برای اولین بار و به اندازه کافی برای فرو رفتن به اعماق زمین قابل حرکت می شود.
وی افزود مدل جدید این تیم بی نقص نیست.به عنوان مثال، مدل پیش بینی کرد که تولید دی اکسید کربن باید با گذر زمان افزایش یابد، اما یافته ها مبنی بر اینکه سطح دی اکسید کربن در اتمسفر به طور پیوسته در طول ۴ میلیارد سال گذشته کاهش یافته است، برخلاف عقل است.
لی در پایان سخنانش گفت: تغییرات پی در پی شرح داده شده توسط مدل ما،در دوره های زمانی بسیار طولانی اتفاق می افتد، و این امر می تواند اشتباه باشد که فکر کنیم این پروسه که در مورد هر یک از تغییرات جوی به وجود آمده به علت تغییرات آب و هوایی رخ داده است.با این حال ، کار ما نشان می دهد که دانشمندان زمین و زیست شناسی نجومی احتمالا به بررسی دوباره آنچه کهما در مورد تاریخ اولیه زمین می دانیم، نیاز دارند.
منبع:sciencedaily