یک مطالعه جدید تصویر واضحتری از تاریخ اکسیژن در جو زمین در طول ۳.۵ میلیارد سال گذشته ارائه میدهد و نشان میدهد که افزایش تدریجی در سطح این گاز بهطور عمده با گسترش زندگی در سیاره مرتبط بوده است. در مقابل، فرآیندهای زمینشناسی مرتبط با حرکت صفحات تکتونیکی در ایجاد نوسانات دورهای در این سطوح در طول زمان زمینشناسی نقش داشتهاند.
صفحات تکتونیکی بخشهای بزرگ قشر زمین هستند که به آرامی بر روی لایه گوشته درون زمین حرکت میکنند و در طول میلیونها سال منجر به حرکت قارهها و گاهی ادغام آنها در یک قاره غولپیکر و سپس جدایی دوباره آنها میشوند.
جزئیات مطالعه
این مطالعه که در تاریخ ۱۶ مارس در مجله "پروسییدینگز آو د نشنال آکادمی آو ساینسز" (PNAS) منتشر شده است، بر ادغام تکنیکهای یادگیری ماشین با تحلیل ترکیب شیمیایی یک ماده معدنی قدیمی که در سنگهای رسوبی حفظ شده، تکیه دارد. این ادغام به محققان اجازه داد تا تاریخ اکسیژن در جو را با دقت زمانی بالاتری نسبت به مطالعات قبلی بازسازی کنند.
اکسیژن یکی از مهمترین عناصر است که تاریخ زندگی روی زمین را شکل داده است. قبل از انباشت آن در مقادیر زیاد در جو، زندگی عمدتاً محدود به موجودات میکروسکوپی سادهای بود که قادر به زندگی در محیطهایی تقریباً خالی از اکسیژن بودند. با افزایش سطح این گاز، تغییرات عمدهای در شیمی سیاره رخ داد که راه را برای گسترش موجودات چندسلولی هموار کرد.
زمینه و پیشینه
با وجود اهمیت این مرحله در تاریخ زمین، دانشمندان با دشواری در تعیین چگونگی و زمان افزایش سطح اکسیژن در طول تاریخ زمینشناسی مواجه بودند. این به این دلیل است که سوابق ژئوشیمیایی قدیمی که آثار این تغییرات را حفظ میکنند، محدود و پراکنده در سنگهای قدیمی هستند، همانطور که نویسنده اصلی مطالعه، جین جی گانگ، استاد علوم زمین در دانشگاه چینی علوم زمین توضیح داد.
برای غلبه بر این مشکل، محققان بر روی ماده معدنی به نام پیریت رسوبی تمرکز کردند که در محیطهای دریایی قدیمی تشکیل میشود. این ماده به خاطر رنگ طلایی درخشانش شناخته میشود و مقادیر کمی از عناصر شیمیایی معروف به عناصر نادر را حفظ میکند که اطلاعات مهمی درباره شرایط شیمیایی اقیانوسها و جو در زمان تشکیل این ماده معدنی ارائه میدهد.
عواقب و تأثیرات
نتایج مطالعه نشان داد که سطح اکسیژن در جو بهطور تدریجی در طول زمان زمینشناسی افزایش یافته است، که به عنوان اکسیژناسیون تدریجی زمین شناخته میشود. محققان این روند را با گسترش توده زیستی در سیاره مرتبط میدانند، بهویژه با گسترش موجودات زندهای که قادر به انجام فرآیند فتوسنتز هستند.
در طول این فرآیند، برخی از موجودات میکروسکوپی مانند باکتریهای سبز از نور خورشید برای تبدیل دیاکسید کربن و آب به مواد آلی استفاده میکنند و اکسیژن را به عنوان محصول جانبی آزاد میکنند. با افزایش تعداد این موجودات، تولید و انباشت اکسیژن بهطور تدریجی در جو افزایش یافت که منجر به تغییرات زیستمحیطی عمدهای شد که اجازه گسترش اشکال پیچیدهتری از زندگی را داد.
اهمیت منطقهای
این مطالعه برای منطقه عربی اهمیت ویژهای دارد، زیرا بسیاری از کشورها با چالشهای زیستمحیطی مرتبط با تغییرات اقلیمی و منابع طبیعی مواجه هستند. درک تاریخ اکسیژن و تغییرات آن میتواند به توسعه استراتژیهای مؤثر برای سازگاری با تغییرات زیستمحیطی کنونی کمک کند.
در پایان، این مطالعه درک ما از تاریخ سیاره زمین را تغییر میدهد و بر رابطه پیچیده بین زندگی و فرآیندهای زمینشناسی در شکلگیری جو که امروز در آن زندگی میکنیم، تأکید میکند.