قبل مليارات السنين ، كانت بيئة الأرض مختلفة تمامًا عن تلك التي نعرفها اليوم. في الأساس ، كان الغلاف الجوي الأساسي لكوكبنا سامًا للحياة كما نعرفه ، ويتكون من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والغازات الأخرى. ومع ذلك ، في عصر العصر الحجري القديم (2.5-1.6 مليار سنة) ، حدث تغير كبير حيث بدأ إدخال الأكسجين إلى الغلاف الجوي - المعروف باسم حدث الأكسدة العظيم (GOE).
حتى وقت قريب ، لم يكن العلماء متأكدين مما إذا كان هذا الحدث - الذي كان نتيجة لبكتيريا التمثيل الضوئي التي تغير الغلاف الجوي - حدث بسرعة أم لا. ومع ذلك ، وفقًا لدراسة حديثة أجراها فريق من العلماء الدوليين ، كان هذا الحدث أسرع بكثير مما كان يعتقد سابقًا. بناءً على الأدلة الجيولوجية المكتشفة حديثًا ، خلص الفريق إلى أن إدخال الأكسجين في غلافنا الجوي كان "أشبه بخرطوم حريق" أكثر منه قليل.
ظهرت الدراسة التي تحمل عنوان "التبخرات البالغة ملياري عام على أكسدة الأرض العظيمة" ، وقد ظهرت مؤخرًا في المجلة علم. بقيادة الفريق كلارا بلاتلر ، زميلة أبحاث ما بعد الدكتوراه في قسم علوم الأرض في برينستون ، ضم الفريق أيضًا أعضاء من معهد بلو ماربل للفضاء العلمي ومركز كاريليان للعلوم والمسح الجيولوجي البريطاني والمسح الجيولوجي في النرويج وجامعات متعددة .
باختصار ، بدأ حدث الأكسجين العظيم منذ 2.45 مليار سنة تقريبًا في بداية العصر البروتيروزويك. ويعتقد أن هذه العملية كانت نتيجة استقلاب البكتريا الزرقاء ببطء ثاني أكسيد الكربون (CO2) وإنتاج غاز الأكسجين ، الذي يشكل الآن حوالي 20 ٪ من الغلاف الجوي. ومع ذلك ، حتى وقت قريب ، لم يتمكن العلماء من وضع الكثير في طريق القيود في هذه الفترة.
لحسن الحظ ، قام فريق من الجيولوجيين من هيئة المسح الجيولوجي في النرويج - بالتعاون مع مركز كاريلي للأبحاث في بتروزافودسك ، روسيا - باستعادة عينات من الأملاح المتبلورة المحفوظة في روسيا والتي يرجع تاريخها إلى هذه الفترة. تم استخراجها من حفرة بعمق 1.9 كم (1.2 ميل) في كاريليا في شمال غرب روسيا ، من موقع حفر أونيجا Parametric Hole (OPH) على الشواطئ الغربية لبحيرة أونيجا.
هذه البلورات الملحية ، التي كانت منذ ما يقرب من 2 مليار سنة ، كانت نتيجة لتبخر مياه البحر القديمة. باستخدام هذه العينات ، تمكنت Blättler وفريقها من معرفة أشياء عن تكوين المحيطات والغلاف الجوي الموجود على الأرض في وقت قريب من GOE. بالنسبة للمبتدئين ، قرر الفريق أنه يحتوي على كمية كبيرة بشكل مدهش من الكبريتات ، والتي هي نتيجة تفاعل مياه البحر مع الأكسجين.
كما أوضح Aivo Lepland - باحث في المسح الجيولوجي للنرويج ، وهو متخصص في الجيولوجيا بجامعة تالين للتكنولوجيا ، ومؤلف كبير في الدراسة - في بيان صحفي صدر مؤخراً عن جامعة برينستون:
"هذا أقوى دليل على الإطلاق على أن مياه البحر القديمة التي ترسبت منها تلك المعادن تحتوي على تركيزات عالية من الكبريتات تصل إلى 30 في المائة على الأقل من كبريتات المحيطات الحالية كما تشير تقديراتنا. هذا أعلى بكثير مما كان يُعتقد سابقًا وسيتطلب إعادة التفكير بشكل كبير في حجم الأكسجين لنظام الغلاف الجوي والمحيطات للأرض الذي يبلغ عمره 2 مليار عام ".
قبل ذلك ، لم يكن العلماء متأكدين من الوقت الذي يستغرقه الغلاف الجوي للوصول إلى توازنه الحالي من النيتروجين والأكسجين ، وهو أمر ضروري للحياة كما نعرفها. في الأساس ، تم تقسيم الرأي بين أنه شيء حدث بسرعة ، أو حدث على مدى ملايين السنين. ينبع الكثير من هذا من حقيقة أن أقدم أملاح الصخور المكتشفة تعود إلى مليار سنة مضت.
قال بلاتلر: "لقد كان من الصعب اختبار هذه الأفكار لأنه لم يكن لدينا أدلة من تلك الحقبة تخبرنا عن تكوين الغلاف الجوي". ومع ذلك ، باكتشاف أملاح الصخور التي يبلغ عمرها حوالي 2 مليار سنة ، أصبح لدى العلماء الآن الدليل الذي يحتاجونه لفرض قيود على الحكومة المصرية. كان الاكتشاف أيضًا محظوظًا جدًا ، نظرًا لأن عينات أملاح الصخور هذه هشة إلى حد ما.
احتوت العينات المستخدمة في هذه الدراسة على الهالايت (الذي يتطابق كيميائياً مع ملح الطعام أو كلوريد الصوديوم) وكذلك أملاح الكالسيوم والمغنيسيوم والبوتاسيوم الأخرى - التي تذوب بسهولة بمرور الوقت. ومع ذلك ، فإن العينة التي تم الحصول عليها في هذه الحالة تم الحفاظ عليها بشكل استثنائي في عمق الأرض. على هذا النحو ، فإنهم قادرون على تزويد العلماء بأدلة لا تقدر بثمن حول ما حدث في وقت GOE.
وبالنظر إلى المستقبل ، من المرجح أن تؤدي هذه الدراسة الأخيرة إلى نماذج جديدة تشرح ما حدث بعد قيام الحكومة المصرية بتسبب في تراكم غاز الأكسجين في غلافنا الجوي. كما أوضح جون هيجينز ، أستاذ مساعد لعلوم الأرض في برينستون ، الذي قدم تفسيرًا للتحليل الجيوكيميائي:
"هذه فئة خاصة جدًا من الرواسب الجيولوجية. كان هناك الكثير من الجدل حول ما إذا كان حدث الأكسدة العظيم ، الذي يرتبط بالزيادة والنقصان في الإشارات الكيميائية المختلفة ، يمثل تغيرًا كبيرًا في إنتاج الأكسجين ، أو مجرد عتبة تم تجاوزها. خلاصة القول هي أن هذه الورقة تقدم دليلاً على أن أكسجة الأرض خلال هذه الفترة الزمنية تضمنت الكثير من إنتاج الأكسجين ... ربما كانت هناك تغييرات مهمة في دورات التغذية المرتدة على الأرض أو في المحيطات ، أو زيادة كبيرة في إنتاج الأكسجين بواسطة الميكروبات ، ولكن في كلتا الحالتين كانت أكثر دراماتيكية مما كنا نفهمه من قبل. "
من المحتمل أيضًا أن تساعد هذه النماذج في البحث عن الحياة خارج نظامنا الشمسي. من خلال فهم ما حدث على كوكبنا قبل مليارات السنين لجعله مناسبًا للحياة ، سنتمكن من تحديد هذه الظروف والعمليات نفسها على الكواكب الأخرى.
