كشف العلماء الذين يدرسون النيازك الدقيقة، الغبار الفضائي، عن تكوين الغلاف الجوي للأرض قبل 2.7 مليار سنة، واكتشفوا أن طبقته العليا تحتوي على الكثير من الأكسجين، قبل وقت طويل من استخدام الكائنات وحيدة الخلية الأولى لعملية التمثيل الضوئي.
توصل العلماء الأستراليون الذين يدرسون أقدم النيازك الدقيقة (الغبار الفضائي) إلى اكتشاف مفاجئ حول كيمياء الغلاف الجوي للأرض قبل 2.7 مليار سنة.
نُشرت نتائج الدراسة الجديدة في مجلة Nature في مقال بقيادة الدكتور أندرو تومكينز وفريق من كلية علوم الأرض والغلاف الجوي والبيئة بجامعة موناش مع علماء من السنكروترون الأسترالي وكلية إمبريال كوليدج لندن. ويتحدى الباحثون الفرضية المقبولة القائلة بأن الغلاف الجوي كان منخفضًا في نسبة الأكسجين في ذلك الوقت. تظهر النتائج بدلا من ذلك أن الغلاف الجوي العلوي للأرض يحتوي على نفس كمية الأكسجين كما هو الحال اليوم، وأن طبقة من ضباب الميثان تفصل الطبقة الغنية بالأكسجين عن الغلاف الجوي السفلي الفقير بالأكسجين.
يشرح الدكتور تومكينز كيف استخرج الفريق النيازك الدقيقة من عينات الحجر الجيري القديمة التي تم جمعها في منطقة بيلبارا بغرب أستراليا ودرسها في مركز موناش للمجهر الإلكتروني بجامعة موناش والسينكروترون الأسترالي.
"بفضل استخدام المجهر الأكثر تقدما، اكتشفنا أن معظم النيازك الدقيقة كانت في يوم من الأيام جزءا من مجموعة من النيازك الحديدية وأن الحديد الموجود بداخلها تحول إلى أكاسيد الحديد في الغلاف الجوي العلوي، مما يدل على تركيز أكبر من المتوقع من النيازك قال الدكتور تومكينز: "الأكسجين".
وقال "كانت هذه نتائج مثيرة لأن هذه هي المرة الأولى التي يجد فيها أي شخص طريقة لأخذ عينات من كيمياء الغلاف الجوي العلوي".
أجرى الدكتور ماثيو جانج - خبير الغبار الكوني الحديث - حسابات أظهرت أن تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي العلوي لا بد أن يكون قريبًا من مستوياته الحالية لتفسير الملاحظات.
"لقد كانت هذه مفاجأة، لأن التقدير القديم يشير إلى أن الغلاف الجوي السفلي للأرض كان فقيرًا جدًا بالأكسجين قبل 2.7 مليار سنة؛ قال الدكتور جينجي: "كانت مسألة أين وصل هذا القدر الكبير من الأكسجين إلى الغلاف الجوي العلوي قبل ظهور الكائنات الحية التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي بمثابة لغز حقيقي".
وأوضح الدكتور تومكينز أن نتائج الدراسة تشير إلى أنه في ذلك الوقت كان الغلاف الجوي مرتباً بطريقة طبقية مع اختلاط رأسي منخفض، وتم إنتاج مستويات أعلى من الأكسجين في الغلاف الجوي العلوي من تحلل ثاني أكسيد الكربون بواسطة الأشعة فوق البنفسجية.
"التفسير المحتمل لطبقات الغلاف الجوي هو وجود طبقة من ضباب الميثان على ارتفاع متوسط. يمتص الميثان الأشعة فوق البنفسجية، ويطلق الحرارة ويخلق منطقة ساخنة في الغلاف الجوي تمنع الاختلاط الرأسي". قال الدكتور تومكينز.
"من المدهش الاعتقاد أنه من خلال دراسة الجزيئات الأحفورية للغبار الفضائي التي يبلغ عرضها شعرة الإنسان، يمكننا الحصول على رؤى جديدة حول التركيب الكيميائي للغلاف الجوي العلوي للأرض، منذ مليارات السنين." وأضاف الدكتور تومكينز.
"ستكون الخطوة التالية من بحثنا هي استخراج النيازك الدقيقة من سلسلة من الصخور تغطي أكثر من مليار سنة من تاريخ الأرض من أجل معرفة المزيد عن التغيرات في كيمياء الغلاف الجوي وتكوينه على مدى فترات زمنية جيولوجية. سنركز بشكل أساسي على حدث الأكسدة الكبير الذي حدث قبل 2.4 مليار سنة عندما حدثت قفزة مفاجئة في تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي السفلي."
תגובה אחת
ومن الممكن أن يكون الأكسجين جزءاً من مكونات سحابة المادة التي تكونت منها الأرض.
التفسير المقبول هو أن السحابة المادية تكونت نتيجة انفجار سوبر نوفا لنجم من الجيل الذي سبق الشمس.
الأكسجين هو جزء من نواتج الاحتراق النووي للنجم المنفجر، في الطبقات المتوسطة التي تحيط بالنجم. طبقة الأكسجين والكربون هي بقايا مرحلة اندماج سابقة، قبل مرحلة الاحتراق الأخيرة (الكوبالت إلى الحديد) قبل انفجار المستعر الأعظم.
وبما أن كفاءة الاحتراق (الذرية) ليست مثالية، فإن بعض العناصر المتكونة في الاحتراق تنطلق إلى الطبقات الخارجية ولا يستمر الاحتراق في قلب النجم، مما يؤدي إلى تكوين العناصر الأثقل.