استنشاق اکسیژن در زمین اکنون زیاد آسان است، با این حال، تجمع اولیه آن در این سیاره ساده نبوده است.

به نقل از نیچر، بر پایه یک مطالعه تازه تقریبا ۲۰۰ میلیون سال طول کشیده است تا زمین به اکسیژن برسد و دانشمندان از این اتفاق به گفتن «اتفاقات بزرگ اکسایش»(GOE) یاد می‌کنند.

به حرف های پژوهشگران، نزدیک به ۲.۵ میلیارد سال پیش، اکسیژن آزاد یا O۲ برای اولین بار اغاز به تجمع در سطوحی معنی‌دار در جو زمین کرد و عرصه را برای ظهور حیات پیچیده در سیاره در حال تکامل ما فراهم کرد.

یک تیم تحقیقاتی به رهبری یک ژئوشیمیدان از دانشگاه یوتا بر روی شِیل‌های دریایی آفریقای جنوبی تمرکز کردند و بینش‌هایی را در رابطه پویایی اکسیژن‌رسانی اقیانوس‌ها در این دوره حیاتی در تاریخ زمین به دست آوردند.

شِیل یا پَلمه‌سنگ(Shale) نوعی سنگ رسوبی آواری دانه‌ریز است که از ترکیب کانی رس و دیگر کانی‌ها و ذراتی نظیر کوارتز و کلسیت راه اندازی شده‌ است. نسبت رس به دیگر کانی‌ها متغیر است. پلمه‌سنگ با شکستگی‌ها یا لایه‌بندی موازی با ضخامت کمتر از یک سانتی‌متر شناخته می‌شود. پلمه‌سنگ دانه‌ریزترین سنگ رسوبی آواری است، لایه لایه است و تکه اعظم آن را مواد رسی راه اندازی داده ‌است.

دانشمندان با تجزیه و تحلیل نسبت ایزوتوپ پایدار تالیوم(Tl) و عناصر حساس به اکسایش و افت، شواهدی از نوسانات در سطح اکسیژن دریایی که همزمان با تغییرات در اکسیژن جو زمین می بود، کشف کردند.

چادلین اوستراندر استادیار دپارتمان زمین شناسی و ژئوفیزیک دانشگاه یوتا می‌گوید: این اتفاقات حداقل ۲۰۰ میلیون سال به طول انجامیده و ردیابی تجمع اکسیژن در اقیانوس‌ها تا بحال زیاد دشوار بوده است.

ظهور اکسیژن در جو زمین

داده‌های در حال ظهور نشان خواهند داد که افزایش اولیه اکسیژن در جو زمین، پویا بوده است و به گمان زیادً به ۲.۲ میلیارد سال پیش بازمی‌گردد.

اوستراندر می‌گوید داده‌های ما این فرضیه را قبول می‌کنند و حتی با گسترش این پویایی به اقیانوس، یک قدم فراتر می‌رود.

دانشمندان کشف کرده‌اند که اکسیژن تا نزدیک به ۲۰۰ میلیون سال بعد از اغاز فرآیند اکسیژن‌رسانی جهانی، یعنی زیاد دیرتر از آنچه قبلاً فکر می‌شد به بخشی دائمی از جو زمین تبدیل شده است.

شواهد یک جو بدون اکسیژن نیز وجود نشانگان ایزوتوپ کمیاب و جدا گانه از جرم گوگرد در اسبق رسوبی قبل از «اتفاقات بزرگ اکسایش» است. به حرف های محققان، فرآیندهای زیاد مقداری بر روی زمین می‌توانند این نشانه‌های ایزوتوپ گوگرد را تشکیل کنند و نگه داری آنها در سنگ تقریباً به طور قاطق الزام عدم وجود اکسیژن در جو است.

در نیمه اول پیدایش زمین، جو و اقیانوس‌های آن تا حد بسیاری فاقد اکسیژن بوده‌اند. به نظر می‌رسد این گاز قبل از «اتفاقات بزرگ اکسایش» توسط سیانوباکتری‌ها در اقیانوس تشکیل می‌شد، اما در روزهای اولیه، اکسیژن به شدت در عکس العمل با مواد معدنی در معرض خود و گازهای آتشفشانی از بین رفت.

پیدایی و ناپدیدی نشانه‌های نادر ایزوتوپ گوگرد

این مطالعه نشان داد که علائم نادر ایزوتوپ گوگرد ناپدید خواهد شد، اما مجدد ظاهر خواهد شد که اوج و فرود متعدد سطح اکسیژن در جو را در طول «اتفاقات بزرگ اکسایش» مشخص می کند. این یعنی این یک اتفاقات واحد نبوده است.

اوستراندر می‌گوید که زمین در وقتی که اکسیژن اغاز به تشکیل کرد، برای اکسیژن‌رسانی آماده نبوده و به زمان نیاز داشته است تا از نظر بیولوژیکی، زمین‌شناسی و شیمیایی تکامل یابد تا بتواند اکسیژن‌رسانی کند.

تشکیل اکسیژن در عین نابودی مقدار بسیاری از آن

اوستراندر او گفت: این همانند یک تلنگر است. شما تشکیل اکسیژن دارید، اما آنقدر تخریب اکسیژن دارید که هیچ اتفاقی نمی‌افتد. ما تا این مدت در تلاشیم تا بفهمیم که چه وقتی این ترازو به سمت کفه روبه رو سنگینی کرده و زمین دیگر نتوانسته به یک جو بدون اکسیژن بازگردد.

او گفت: وقتی که ایزوتوپ‌های گوگرد می‌گویند جو اکسیژن‌دار شده، ایزوتوپ‌های تالیوم می‌گویند که اقیانوس‌ها اکسیژن‌دار شده‌اند و هنگامی که ایزوتوپ‌های گوگرد می‌گویند که جو مجدد به حالت بی‌اکسیژن برگشته است، ایزوتوپ‌های تالیوم نیز همین را برای اقیانوس‌ها نشان خواهند داد. به این علت جو زمین و اقیانوس‌های آن با هم اکسیژنه و اکسیژن‌زدایی می‌کرده‌اند.

این اطلاعاتی تازه و دلنشین برای افرادی است که به تاریخ زمین علاقه‌مند می باشند.

این مطالعه در مجله Nature انتشار شده است.