اکسیژن زمین از کجا آمده؟ - تور روسیه ارزان

عنصر حیات بخش اکسیژن موجود در زمین که آن را به سیاره ای قابل سکونت تبدیل نموده، 21 درصد از جو سیاره ما را تشکیل می دهد. با این حال، در گذشته دور و در دوران نخست زیستی که 2.5 تا 2.8 میلیارد سال پیش به وقوع پیوسته بوده، زمین تقریبا خالی از اکسیژن بود. بنابراین این سوال مطرح می گردد که اکسیژن زمین از کجا آمده است؟

زمین در عصر آرکئن

عصر آرکئن (نخست زیستی)، یک سوم تاریخ زمین از 2.5 میلیارد تا 4 میلیارد سال پیش را به خود اختصاص می دهد. در آن دوران، زمین بیگانه یک دنیای غوطه ور در آب بود و عمدتا از اقیانوس های سبز، در میان انبوهی از مه متان تشکیل شده بود و کاملا فاقد حیات چندسلولی بود. یکی دیگر از جنبه های بیگانه سیاره ما در آن موقع، ماهیت فعالیت های تکتونیکی آن بود.

در دوران مدرن زمین، فعالیت تکتوتیکی غالب، به عنوان تکتونیک صفحه ای شناخته می گردد، جایی که پوسته اقیانوسی که بیرونی ترین لایه زمین است، به زیر گوشته زمین (ناحیه بین پوسته و هسته) در نقاط تلاقی که به منطقه ها فرورانش معروف است، فرو می رود.

با این حال، بحث های متعددی در خصوص اینکه آیا فعالیت های تکتونیکی امروزی در عصر آرکئن نیز عملکرد مشابهی دارند یا خیر، شکل گرفته است. یکی از ویژگی های نواحی فرورانش مدرن، ارتباط آنها با ماگماهای اکسید شده است. این ماگماها زمانی تشکیل می شوند که رسوبات اکسید شده و آب های اعماق سرد و متراکم نزدیک به کف اقیانوس، به گوشته زمین نفود می نمایند. این فرآیند منجر به فراوری ماگما با درصد بالایی از اکسیژن و آب می گردد.

هدف از این تحقیق، راستی آزمایی این فرضیه است که آیا فقدان مواد اکسید شده و رسوبات در آب های کف اقیانوس ها طی دوران آرکئن می تواند از تشکیل ماگماهای اکسید شده جلوگیری نموده باشد یا خیر؟ شناسایی این ماگماها در سنگ های ماگمایی دوران نخست زیستی می تواند شواهدی را مبنی بر فرورانش و تکتونیک صفحه ای در 2.7 میلیارد سال پیش ارائه دهد.

آزمایش معین منشا اکسیژن زمین

دانشمندان نمونه هایی از سنگ های گرانیتوئیدی را با قدمت 2750 تا 2670 میلیون سال از سراسر شهرهای Abitibi-Wawa در استان Superior کانادا جمع آوری کردند. این منطقه بزرگ ترین قاره آرکئن را در خود جای داده که امتداد آن از وینیپگ در مانیتوبا، تا شرق کبک به بیش از 2000 کیلومتر می رسد.

دانشمندان به وسیله این تحقیق توانستند سطح اکسیداسیون ماگماهای فراوری شده در دوران نخست زیستی را آنالیز نمایند. اندازه گیری حالت اکسیداسیون این سنگ های ماگمایی که به وسیله سرد شدن و تبلور ماگما یا گدازه ایجاد شده اند، در نوع خود چالش برانگیز است. رویدادهای پس از تبلور شامل تغییر شکل، دفن شدن یا گرم شدن در مقاطع بعدی ممکن است باعث ایجاد تغییراتی در سنگ ها شده باشند.

بنابراین، محققان تصمیم گرفتند آپاتیت معدنی موجود در بلورهای زیرکن این سنگ ها را مورد آنالیز قرار دهند. کریستال های زیرکن می توانند در برابر دما و فشار شدید رویدادهای پس از تبلور مقاومت نمایند. آن ها حاوی سرنخ هایی در خصوص محیطی که در آن شکل گرفته اند، هستند و می توان سن دقیق سنگ ها را نیز برآورد کرد.

بلورهای آپاتیت کوچک، کم تر از 30 میکرون عرض دارند و ابعادی برابر با یک سلول پوست انسان دارند که در بلورهای زیرکن به دام می افتند. آنها حاوی گوگرد هستند و با اندازه گیری اندازه گوگرد موجود در آپاتیت، می توان معین کرد که آیا آپاتیت به وسیله ماگماهای اکسید شده رشد نموده است یا خیر.

در آزمایشگاه ملی آرگون واقع در استان ایلینوی آمریکا، فوگاسیته اکسیژن یک آرکئن بکر که اساسا اندازه اکسیژن آزاد موجود در آن را نشان می دهد، با استفاده از یک تکنیک تخصصی به نام طیف سنجی ساختار لبه نزدیک به اشعه ایکس در سنکروترون منبع فوتون پیشرفته، با موفقیت اندازه گیری شد.

تشکیل اکسیژن زمین از آب؟

یافته ها هم چنین نشان می دهند که اندازه گوگرد موجود در ماگما، که در ابتدا حدود صفر بوده، طی حدود 2705 میلیون سال به 2000 قسمت در میلیون افزایش یافته که حاکی از غنی شدن بیش تر ماگماها از گوگرد است.

علاوه بر این، فراوانی +S6 در آپاتیت که یک نوع یون گوگرد است، نشان می دهد که گوگرد از یک منبع اکسید شده است که با داده های کریستال های زیرکن میزبان مطابقت دارد. این یافته ها هم چنین حاکی از آن هستند که ماگماهای اکسید شده در دوران نئوآرکئن، طی 2.7 میلیارد سال پیش شکل گرفته اند.

داده ها نشان می دهند که عدم وجود اکسیژن محلول در ذخایر اقیانوس طی دوران آرکئن، از تشکیل ماگماهای غنی از گوگرد و اکسید شده در منطقه ها فرورانش جلوگیری نمی نماید. در حقیقت اکسیژن موجود در این ماگماها باید از منبع دیگری آمده باشند و در نهایت با فوران های آتشفشانی در جو، آزاد شده اند.

هم چنین شکل گیری این ماگماهای اکسی شده با رویدادهای عمده کانی سازی طلا در استان Superior کانادا و Yilgarn Craton واقع در استرالیای غربی در ارتباط است که نشان دهنده رابطه میان این منابع غنی از اکسیژن و تشکیل ذخایر سنگ معدنی در سطح جهانی است.

پیامدهای این ماگماهای اکسید شده فراتر از درک ژئودینامیک اولیه زمین است. پیش از این، بعید به نظر می رسید که ماگماهای آرکئن، در حالی که آب اقیانوس و سنگ ها یا رسوبات کف اقیانوس وجود نداشتند، بتوانند اکسید شوند.

علی رغم اینکه مکانیزم دقیق آن معین نیست، پیدایش این ماگماها نشان می دهند که فرآیند فرورانش، یعنی جایی که آب اقیانوس از صدها کیلومتر به درون سیاره ما کشیده می شوند، باعث آزادسازی اکسیژن می گردد. سپس این فرآیند گوشه پوشاننده را اکسید می نماید.

هم چنین طبق این مطالعات، فرورانش آرکئن می تواند یک عامل حیاتی و پیش بینی نشده در اکسیژن رسانی زمین تلقی شوند. آثار اولیه اکسیژن و هم چنین رویداد بزرگ اکسیداسیون که نشان دهنده افزایش سطح اکسیژن اتمسفر به اندازه 2.32 تا 2.45 درصد بوده، در 2.7 میلیارد سال پیش رخ داده است.

تا جایی که می دانیم، زمین تنها مکان موجود در منظومه شمسی گذشته یا حال محسوب می گردد که در آن فعالیت های تکتونیکی و فرورانش فعال در جریان هستند. این مطالعه هم چنین می تواند کمبود اکسیژن و امکان حیات در دیگر سیاره های سنگی را نیز در آینده روشن کند.

227227