شهدت السنوات القليلة الماضية انفجارًا في اكتشافات الكواكب الخارجية. بعض هذه العوالم في ما نعتبره "المنطقة الصالحة للسكن" ، على الأقل في الملاحظات الأولية. لكن كم منهم سيكون لديهم أجواء داعمة للحياة وغنية بالأكسجين في نفس السياق مثل الغلاف الجوي للأرض؟
تشير دراسة جديدة إلى أن الأجواء القابلة للتنفس قد لا تكون نادرة كما اعتقدنا على الكواكب القديمة مثل الأرض.
استغرقت الأرض وقتًا طويلاً لتطوير الغلاف الجوي المؤكسج الذي نتمتع به الآن. حتى حوالي 2.4 مليار سنة ، كان كوكبنا يحتوي على كمية أقل من الأكسجين في الغلاف الجوي والمحيطات. كل هذا تغير عندما وقع حدث أكسجين كبير. الأول من الثلاثة التي شكلت الأرض.
إن نموذج الأكسجين الأرضي المكون من ثلاث خطوات مفهوم ومفهوم على نطاق واسع إلى حد كبير ، على الرغم من أنه لا يخلو من الجدل. يحدد النموذج ثلاث تغيرات رئيسية في تاريخ الأرض ، مع كل تغيير جوهري للأرض بشكل كبير عن طريق إضافة المزيد من الأكسجين.
كانت الأحداث الثلاثة:
- حدث حدث الأكسدة العظيم منذ حوالي 2.4 مليار سنة خلال عصر العصر الحجري القديم. في هذه الحالة ، يتراكم الأكسجين المنتج بيولوجيًا في المحيطات والغلاف الجوي ، مما يؤدي على الأرجح إلى الانقراض الجماعي الأولي.
- شهد حدث الأكسجين النيوبروتيروزويكي ارتفاعًا كبيرًا في مستويات الأكسجين ، وسبق انفجار كامبريا قبل حوالي 540 مليون سنة.
- حدث حدث الأوكسجين في العصر الحجري القديم منذ حوالي 400 مليون سنة وشهد وصول الأكسجين إلى مستواه الحالي البالغ حوالي 21٪.
تاريخ أكسجة الأرض معقد. لم يكن تقدمًا خطيًا. في البداية ، تم إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي للنفايات بواسطة أشكال الحياة ، وتم امتصاص الكثير منه بواسطة قشرة الأرض. الأكسجين شديد التفاعل وشكل جميع أنواع المركبات مع عناصر أخرى وأصبح محبوسًا في القشرة. على وجه الخصوص ، تفاعل مع الحديد لإنتاج أكسيد الحديد في السجل الجيولوجي ، وهو أحد أفضل مؤشراتنا عندما دخل الأكسجين إلى الغلاف الجوي.
هناك الكثير من الجدل حول هذا النموذج بالرغم من ذلك. وفقًا لفهم واحد للنموذج ، أنتجت بكتيريا التمثيل الضوئي في المحيط الكثير من الأكسجين المبكر. ثم جاءت الكواكب الأرضية بعد مئات الملايين من السنين ، ورفعت مستوى الأكسجين مرة أخرى. هناك أيضًا أدلة على أن تكتونيات الصفائح والانفجارات البركانية الضخمة لعبت دورًا.
يقول مقال كتبه مؤلفو هذه الدراسة الجديدة أن هذا النموذج يعني ضمنا أن مستوى معين من الحظ مطلوب لخلق عالم غني بالأكسجين. تقول: "إذا لم يحدث ثوران بركاني ، أو لم يتطور نوع معين من الكائنات الحية ، فقد يكون الأكسجين قد توقف عند مستويات منخفضة".
ولكن ربما ليس هذا هو الحال.
دراستهم الجديدة بعنوان "الأكسدة المتدرجة للأرض هي خاصية متأصلة في التدوير البيوجيوكيميائي العالمي" وكلمة "متأصلة" هي المفتاح هنا. يقول المؤلفان أنه بمجرد أن أصبح لدينا الميكروبات الصحيحة وتكتونيات الصفائح ، التي تم تأسيسها قبل 3 مليارات سنة ، كانت مسألة وقت فقط قبل أن نصل إلى مستوى الأكسجين الذي لدينا الآن. بغض النظر عن البراكين والنباتات البرية.
“يختبر هذا البحث حقًا فهمنا للكيفية التي أصبحت بها الأرض غنية بالأكسجين ، وبالتالي قادرة على دعم الحياة الذكية.“
لويس ألكوت ، المؤلف الرئيسي لمعهد علوم سطح الأرض ، جامعة ليدز.
وبدلاً من القوى الخارجية ، كانت "مجموعة من ردود الفعل الداخلية التي تنطوي على دورات الفوسفور والكربون والأكسجين العالمية" هي التي أدت إلى أكسجة الأرض ، كما تقول الدراسة. في الواقع ، كانت تلك الدورات "ستنتج نفس النمط من ثلاث خطوات لوحظ في السجل الجيولوجي".
كل هذا يأتي من الورقة: "نستنتج أن أحداث الأكسجة الأرضية تتوافق تمامًا مع الأكسجين التدريجي للسطح الكوكبي بعد تطور عملية التمثيل الضوئي الأكسجين".
ولكن كيف توصلوا إلى هذا الاستنتاج؟
الباحثون من جامعة ليدز في المملكة المتحدة. المؤلف الرئيسي هو لويس ألكوت ، طالب دكتوراه مقره معهد علوم سطح الأرض. عمل ألكوت والباحثون الآخرون مع نموذج راسخ للكيمياء الحيوية البحرية وتعديله. لقد أداروا هذا النموذج عبر كل تاريخ الأرض ، ووجدوا أنه أنتج أحداث الأكسجين الثلاثة الرئيسية بمفردها.
قال ألكوت في بيان صحفي ، "إن هذا البحث يختبر بالفعل فهمنا لكيفية جعل الأرض غنية بالأكسجين ، وبالتالي قادرة على دعم الحياة الذكية."
يعتمد التفكير السائد وراء تاريخ الأكسجين على الأرض على فئتين عريضتين من الأحداث لشرح ذلك. أحدها هو التطورات التطورية الرئيسية في أشكال الحياة التي تنتج الأكسجين. في الأساس "الثورات البيولوجية" ، حيث أصبحت أشكال الحياة أكثر تعقيدًا بشكل تدريجي ، وهندسة بيئة غنية بالأكسجين. والفئة الثانية هي الثورات التكتونية: زيادة كبيرة ومحددة في النشاط التكتوني ، بما في ذلك النشاط البركاني الكبير ، الذي غير القشرة وأدى إلى مستويات أكبر من الأكسجين.
كان هناك الكثير من الجدل حول الطبيعة الدقيقة لكلتا الفئتين الواسعتين ، ولكن هذه الدراسة الجديدة تمنح العلماء شيئًا أكثر للتفكير فيه. وبدلاً من الاعتماد على الأحداث "المتدرجة" التي يمكن تحديدها في السجل الجيولوجي لشرح الأكسجين ، تشير الدراسة الجديدة إلى دورات التغذية المرتدة بين الفوسفور والكربون والأكسجين.
تشير الدراسة أيضًا إلى أن الأكسجين كان لا مفر منه.
قال البروفيسور سيمون بولتون ، المؤلف المشارك في الدراسة ، من مدرسة الأرض والبيئة في ليدز: "نموذجنا يشير إلى أن أكسجة الأرض إلى مستوى يمكن أن يحافظ على الحياة المعقدة أمر لا مفر منه ، بمجرد تطور الميكروبات التي تنتج الأكسجين. "
في قلب هذا النموذج الجديد توجد دورة الفوسفور البحرية. أنتج نموذجهم نفس نمط الأكسجين ثلاثي الخطوات الذي شهدته الأرض "عندما يتم دفعه فقط من خلال التحول التدريجي من الاختزال إلى ظروف السطح المؤكسدة بمرور الوقت. إن التحولات مدفوعة بالطريقة التي تستجيب بها دورة الفوسفور البحرية لتغير مستويات الأكسجين ، وكيف يؤثر ذلك على عملية التمثيل الضوئي ، الأمر الذي يتطلب الفوسفور ".
"يوضح عملنا أن العلاقة بين الفوسفور العالمي ودورات الكربون والأكسجين أمر أساسي لفهم تاريخ الأكسجين للأرض. يمكن أن يساعدنا هذا على فهم أفضل لكيفية أن يصبح كوكب غير كوكبنا صالحًا للسكن.
لذا هناك أمل لبعض تلك الكواكب الخارجية حتى الآن.
لن تكون هذه الدراسة هي الكلمة الأخيرة في هذا الشأن. لكنها نتيجة مثيرة للاهتمام ، وإذا واجهت المزيد من التدقيق العلمي ، فقد تؤثر أيضًا على كيفية وصفنا للكواكب الخارجية التي وجدناها بالفعل ، والآلاف الأخرى التي سنجدها مع TESS وغيرها من التلسكوبات المستقبلية للكوكب.
أكثر:
- بيان صحفي: استنشاق حياة جديدة في مناقشة الأكسجين على الأرض
- ورقة بحثية: الأكسجة التدريجية للأرض خاصية متأصلة في التدوير البيوجيوكيميائي العالمي
- عنوان المقالة: قد تكون الأجواء القابلة للتنفس أكثر شيوعًا في الكون مما كنا نعتقد في البداية
- ورقة بحثية (2014): ارتفاع الأكسجين في أوائل المحيطات والغلاف الجوي
