بقلم: حنان ضياء

إن كمية الأوكسجين في الغلاف الجوي للأرض يجعلها كوكبا صالحا للسكن حيث أن 21% من الغلاف الجوي يتكون من هذا العنصر الواهب للحياة ولكن في الماضي القديم و منذ فترة طويلة تعود إلى عصر Neoarchean قبل 2.8 إلى 2.5 مليار سنة – كان هذا الأكسجين مفقوداً تقريبًا. إذن، كيف أصبح الغلاف الجوي للأرض مؤكسجًا؟ يضيف بحثنا الذي نُشر في مجلة Nature Geoscience، احتمالًا جديدًا محيرًا: أن بعض الأكسجين المبكر للأرض على الأقل جاء من مصدر تكتوني عبر حركة وتدمير قشرة الأرض.

العصر الإركي

يمثل الدهر الأركي ثلث تاريخ كوكبنا، من 2.5 مليار سنة مضت إلى 4 مليارات سنة مضت. كانت هذه الأرض الغريبة عالمًا مائيًا، مغطى بالمحيطات الخضراء ، محاطة بضباب الميثان، وتفتقر تمامًا إلى الحياة متعددة الخلايا. جانب آخر غريب من هذا العالم هو طبيعة نشاطه التكتوني.

على الأرض الحديثة يُطلق على النشاط التكتوني السائد اسم الصفائح التكتونية، حيث تغرق القشرة المحيطية – الطبقة الخارجية للأرض تحت المحيطات – في عباءة الأرض (المنطقة الواقعة بين قشرة الأرض وجوهرها) عند نقاط التقاء تسمى مناطق الاندساس، ومع ذلك، هناك جدل كبير حول ما إذا كانت الصفائح التكتونية تعمل في العصر الأركي. إحدى سمات مناطق الاندساس الحديثة هي ارتباطها بالصهارة المؤكسدة. تتشكل هذه الصهارة عندما يتم إدخال الرواسب المؤكسدة والمياه السفلية – المياه الباردة والكثيفة بالقرب من قاع المحيط – في عباءة الأرض. هذا ينتج الصهارة مع نسبة عالية من الأكسجين ومحتويات الماء.

يهدف بحثنا إلى اختبار ما إذا كان عدم وجود مواد مؤكسدة في مياه قاع الأرض والرواسب يمكن أن يمنع تكوين الصهارة المؤكسدة. يمكن أن يوفر تحديد مثل هذه الصهارة في الصخور الصخرية النيوارشية دليلاً على أن الاندساس والتكتونيات الصفيحية حدثت قبل 2.7 مليار سنة.

التجربة!

جمعنا عينات من 2750 – إلى 2670 مليون سنة من الصخور الجرانيتية من جميع أنحاء مقاطعة Abitibi – Wawa الفرعية في المقاطعة العليا – أكبر قارة أرشيكية محفوظة تمتد على مدى 2000 كيلومتر (1243 ميل) من وينيبيغ، مانيتوبا، إلى أقصى شرق كيبيك. سمح لنا هذا بالتحقيق في مستوى أكسدة الصهارة المتولدة عبر عصر النوارش. إن قياس حالة أكسدة هذه الصخور الصهارية – التي تشكلت من خلال تبريد وبلورة الصهارة أو الحمم البركانية – يمثل تحديًا. قد تكون أحداث ما بعد التبلور قد عدلت هذه الصخور من خلال التشوه أو الدفن أو التسخين لاحقًا. لذلك، قررنا أن ننظر إلى معدن الأباتيت الموجود في بلورات الزركون في هذه الصخور.

يمكن لبلورات الزركون تحمل درجات الحرارة والضغوط الشديدة لأحداث ما بعد التبلور. يحتفظون بأدلة حول البيئات التي تشكلت فيها في الأصل ويوفرون أعمارًا دقيقة للصخور نفسها. بلورات الأباتيت الصغيرة التي يقل عرضها عن 30 ميكرون – حجم خلية الجلد البشرية – محاصرة في بلورات الزركون. أنها تحتوي على الكبريت. من خلال قياس كمية الكبريت في الأباتيت، يمكننا تحديد ما إذا كان الأباتيت قد نما من الصهارة المؤكسدة.

لقد تمكنا بنجاح من قياس شدة الأكسجين في الصهارة الأركية الأصلية – والتي هي في الأساس كمية الأكسجين الحر فيها – باستخدام تقنية متخصصة تسمى امتصاص الأشعة السينية بالقرب من بنية الحافة (S – XANES) في السنكروترون مصدر الفوتون المتقدم في مختبر أرغون الوطني في إلينوي.

خلق الأكسجين من الماء.

وجدنا أن محتوى الكبريت المترسب الذي كان في البداية حوالي الصفر ارتفع إلى 2000 جزء في المليون حوالي 2705 مليون سنة. هذا يشير إلى أن الترسبات أصبحت أكثر بالكبريت. بالإضافة إلى ذلك، فإن غلبة S6 + – وهو نوع من أيون الكبريت – في الأباتيت تشير إلى أن الكبريت كان من مصدر مؤكسد، مطابقة البيانات من بلورات الزركون المضيفة.

تشير هذه النتائج الجديدة إلى أن الترسبات المؤكسدة تشكلت في عصر Neoarchean منذ 2.7 مليار سنة. تظهر البيانات أن نقص الأكسجين المذاب في خزانات المحيط الأركي لم يمنع تكوين الترسبات الغنية بالكبريت المؤكسدة في مناطق الاندساس. يجب أن يكون الأكسجين الموجود في هذه الترسبات قد جاء من مصدر آخر وتم إطلاقه في النهاية في الغلاف الجوي أثناء الانفجارات البركانية. وجدنا أن حدوث هذه الصهارة المؤكسدة يرتبط بأحداث تمعدن الذهب الرئيسية في المقاطعة العليا و Yilgarn Craton (غرب أستراليا)، مما يدل على وجود صلة بين هذه المصادر الغنية بالأكسجين وتشكيل رواسب خام عالمية المستوى.

الآثار المترتبة على هذه الترسبات المؤكسدة تتجاوز فهم الديناميكا الجيولوجية للأرض في وقت مبكر. كان يُعتقد في السابق أنه من غير المحتمل أن تتأكسد الرواسب الأركية، عندما لم تكن مياه المحيطات وصخور قاع المحيط أو الرواسب. في حين أن الآلية الدقيقة غير واضحة، فإن حدوث هذه الصهارات يشير إلى أن عملية الاندساس، حيث يتم أخذ مياه المحيط مئات الكيلومترات إلى كوكبنا و تولد الأكسجين الحر. ثم يؤكسد هذا الوشاح المغطي. وتظهر دراستنا أن الاندساس الأرشي كان يمكن أن يكون عاملاً حيوياً وغير متوقع في أكسجة الأرض، والنسمات المبكرة للأكسجين قبل 2.7 مليار سنة ، وكذلك حدث الأكسدة العظيم، الذي شهد زيادة في الأكسجين في الغلاف الجوي بنسبة 2 في المئة 2.45 إلى 2.32 مليار سنة مضت.

على حد علمنا فإن الأرض هي المكان الوحيد في النظام الشمسي سواء كان في الماضي أو الحاضر مع الصفائح التكتونية والاندساس النشط. وهذا يشير إلى أن هذه الدراسة يمكن أن تفسر جزئيا نقص الأكسجين، وفي نهاية المطاف أن الحياة على الكواكب الصخرية الأخرى في المستقبل أيضا. (شاهد فيديو موقع مقال على اليوتيوب)

ترجمة: حنان ضياء
المصدر: https://www.sciencealert.com/earths-oxygen-came-from-an-unexpectedly-deep-and-hot-source-study-suggests

بقلم: حنان ضياء