کپسول‌های زمانی معدنی نشان می‌دهند که گوشته زمین یک میلیارد سال قبل از برخورد با جو، اکسیژن تنفس می‌کرد.

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

چرا زندگی روی زمین وجود دارد؟ این یکی از قدیمی ترین سوالاتی است که بشر پرسیده است، و تا آنجا که می دانیم، سیاره ما تنها سوالی است که پاسخ آن را دارد.

زمین همچنین تنها سیاره‌ای است که ما با تکتونیک صفحه‌ای می‌شناسیم، حرکت آهسته پوسته بیرونی آن که سنگ را بازیافت می‌کند، قاره‌ها را تغییر می‌دهد و مواد مغذی را که می‌توانند حیات را تغذیه کنند چرخه می‌دهد.

یک مطالعه بین‌المللی جدید که در Nature Geoscience منتشر شده و به سرپرستی دکتر هوگو موریرا، پژوهشگر دانشگاه انجمن سلطنتی در دانشگاه پورتسموث، به ما کمک می‌کند تا ریشه‌های حیات را با ردیابی تاریخ عمیق اکسیژن زمین در میلیاردها سال پیش، تا زمانی که سیاره و جو آن شبیه امروزی‌ها هستند، بهتر درک کنیم.

برای نگاه کردن به آن دور، تیم موریرا به یکی از سخت‌ترین مواد معدنی روی زمین، معروف به زیرکون، روی آوردند. این کریستال‌های کوچک می‌توانند تا میلیاردها سال بدون تغییر باقی بمانند، و دانشمندان با استفاده از لیزر در آزمایشگاه طیف‌سنجی جرمی و لیزر ابلیشن دانشگاه، می‌توانند با دقت قابل‌توجهی قدمت آن‌ها را تعیین کنند – در این مطالعه، قدمت برخی از نمونه‌ها دقیقا 3.4 میلیارد سال است.

برخی از این زیرکن ها حاوی ماده معدنی کوچکتر دیگری به نام آپاتیت هستند که مانند مگس در کهربا در داخل آن به دام افتاده است. از آنجایی که در داخل زیرکون سخت‌تر مهر و موم شده است، این آپاتیت از تغییر محافظت می‌شود، به این معنی که دقیقا هم سن میزبانش است.

موریرا از موسسه زمین و محیط زیست دانشگاه گفت: «این مواد معدنی برای دانشمندان واقعا هیجان‌انگیز هستند، زیرا اساسا کپسول‌های زمان هستند. "از آنجایی که آنها به خوبی محافظت می شوند، ما می توانیم اثر انگشت شیمیایی آنها را تجزیه و تحلیل کنیم تا یک عکس فوری دست نخورده از لحظه میلیاردها سال گذشته بدست آوریم. ما به زمین اولیه نگاه می کنیم، زمانی که سیاره بسیار متفاوتی بود، و دریابیم که امروز هنوز چه چیزی از آن می بینیم."

این تیم با یک شبکه بین المللی از محققان همکاری کرد و نمونه های سنگی باستانی را از سراسر جهان - از جمله استرالیا، فنلاند، آفریقای جنوبی، برزیل و اسکاتلند - که برای تجزیه و تحلیل اولیه به پورتسموث فرستاده شد، بررسی کردند.

نمونه‌ها سپس به مرکز تابش سنکروترون اروپا (ESRF) در گرنوبل فرانسه، یکی از قوی‌ترین تأسیسات اشعه ایکس در جهان برده شدند، جایی که محققان از یک تکنیک تخصصی برای اندازه‌گیری وضعیت شیمیایی گوگرد محبوس شده در هر کریستال آپاتیت کوچک استفاده کردند.

شکلی که گوگرد به خود می گیرد به عنوان اثر انگشت شیمیایی بسیار حساس عمل می کند. این نشان می‌دهد که در زمان شکل‌گیری کریستال، در نقطه‌ای که پوسته بیرونی سیاره به پایین کشیده می‌شود و به داخل آن بازیافت می‌شود، چه مقدار اکسیژن وجود داشته است - فرآیندی به نام فرورانش.

مارین کوت، یکی از نویسندگان، دانشمند مسئول ID21، خط پرتو ESRF که در آن اندازه‌گیری‌ها انجام شد، توضیح داد: «این کریستال‌ها کوچک‌تر، اغلب باریک‌تر از موی انسان هستند و تنها حاوی مقادیر کمی گوگرد هستند.

بنابراین، ما به یک پرتو اشعه ایکس نیاز داشتیم که بسیار ظریف، بسیار حساس و به اندازه کافی سریع برای اندازه‌گیری کریستال‌های زیادی باشد. به این ترتیب، می‌توانیم مطمئن باشیم که نتایج تصویر بزرگ‌تر را منعکس می‌کنند و نه فقط یک یا دو نمونه.

در بیشتر تاریخ اولیه زمین، تقریبا هیچ اکسیژنی در هوا یا اقیانوس ها وجود نداشت. حدود 2.3 میلیارد سال پیش، در رویدادی که به عنوان رویداد بزرگ اکسیداسیون شناخته می‌شود، برای همیشه تغییر کرد. این اغلب به عنوان لحظه ای توصیف می شود که زمین "شروع به نفس کشیدن" کرد.

دانشمندان همچنین مدت‌ها گمان می‌کردند که انفجارهای موضعی و کوتاهی از اکسیژن حتی قبل از آن وجود داشته است - واحه‌های کوچک اکسیژن که بین 3 تا 3.5 میلیارد سال پیش ظاهر شدند، در زمانی که به سختی هیچ حیاتی روی زمین برای تولید آن وجود داشت.

گوگرد به دام افتاده در این بلورهای باستانی نشان می دهد که گوشته عمیق زمین در آن زمان به اکسیژن از سطح پاسخ می داد. گوشته لایه میانی ضخیم و عمدتا جامد زمین است که بین پوسته و هسته بیرونی قرار دارد.

امضای شیمیایی اکسیژن در لایه های گوشته تحت تاثیر بازیافت بین 3.4 تا 3 میلیارد سال پیش افزایش یافت و در کل دوره 3.4 میلیارد ساله مورد مطالعه به طور مداوم وجود داشت و حدود 2.1 میلیارد سال پیش به سطح امروزی رسید.

این نشان می دهد که نوعی فرورانش - فرآیند بازیافت مداوم مواد سطحی به اعماق زمین - قبلا مواد اکسید شده را به سمت پایین حمل می کرد زیرا خود جو در حال تغییر در بالا بود. به عبارت دیگر، جهان گوشته عمیق و جهان سطحی بسیار زودتر از آنچه قبلا تصور می شد، به یکدیگر متصل شدند و به یکدیگر واکنش نشان دادند.

همچنین این اولین باری است که دانشمندان به جای مقایسه انواع سنگ های مختلف در دوره های مختلف، از یک نوع سنگ در کل این بازه زمانی برای مطالعه این سوال استفاده می کنند.

موریرا توضیح داد که چرا این مهم است: "استفاده از یک نوع سنگ در سرتاسر نتیجه بسیار قوی تری به ما می دهد. ما به جای تلاش برای پر کردن شکاف بین انواع مختلف شواهد، در حال مقایسه با مشابه در میلیاردها سال هستیم."

موریرا تشخیص می دهد که این تحقیق به این زودی زندگی روزمره هیچ کس را تغییر نخواهد داد. در عوض، برخی از قدیمی‌ترین سؤالاتی که انسان‌ها پرسیده‌اند، هدایت می‌شود.

او گفت: «این در مورد تغییر نحوه زندگی فردا نیست. "این در مورد پاسخ به سؤالات فلسفی است که در طبیعت ما به عنوان انسان وجود دارد - ما از کجا آمده ایم، و چرا اینجا هستیم؟ این تحقیقات کنجکاوی محور است، که از یک حرکت ساده برای دانستن چیزها ناشی می شود. این موضوع بلافاصله روی یک فرد در خیابان تأثیر نمی گذارد، اما ممکن است به نوع بشر در درک خودش از خود به عنوان یک گونه کمک کند.

"من می توانم استدلال کنم که تکتونیک صفحه نقش مهمی نه تنها در پیدایش حیات، بلکه در توسعه مداوم آن ایفا کرده است. ما در تلاش هستیم تا از زمانی که حیات ممکن شد و زمانی که این سیستم به سیاره ما معرفی شد، ردیابی کنیم تا ریشه های یک زمین قابل سکونت را درک کنیم."

این تحقیق به دنبال کار قبلی منتشر شده در Nature Geoscience در سال 2023 است که برای اولین بار ارتباط بین جو باستانی زمین و شیمی اعماق زمین را در رویداد بزرگ اکسیداسیون نشان داد.

هوگو موریرا، هوازدگی اکسیداتیو پیشرونده، فوگاسیته گوشته زیر قوسی را در زمین آرکئن ایجاد کرد، علوم زمین طبیعت (2026). DOI: 10.1038/s41561-026-02119-6. www.nature.com/articles/s41561-026-02119-6

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →