آیا تا به حال بادگلو زدن در یک محیط عمومی باعث شده خجالت بکشید؟ من این تجربه را دارم. خاطرم هست یک روز برای هزاران مخاطب صحبت می‌کردم و همزمان این سخنرانی به صورت زنده در اینترنت نیز پخش میشد که ناگهان صدای بلندی از دهان من خارج شد. این کار من خنده ی حضار را در پی داشت، ولی باعث شد راحتتر به صحبتهای یک دانشمند، درباره ی شواهد علمی برای ایمان مسیحی گوش دهند.
همانطور که بادگلوی شرم آور من سبب خیر شد، از بادگلوی عظیمی که میلیاردها سال پیش از درون زمین فوران کرد هم فواید زیادی حاصل شد. در واقع اگر آن اتفاق نبود، در حال حاضر هیچ تمدن، نژاد بشر و زندگی مدرنی وجود نداشت.
مطمئناً، زمین در طول تاریخ خود به طور مداوم گازهایی از داخل خود آزاد میکرده است. در واقع فعالیت صفحات پوسته ی زمین باعث آزادسازی مداوم این گازها از لایه های زیرین آن میشود. با این حال، تحقیقات جدید نشان میدهد فوران عظیم این مواد فرّار (گازها) از گوشته ی (جبه) زمین، تا حد زیادی منجر به انتقال زمین از عصر نخست زیستی یا آرکئن (4.56-2.45 میلیارد سال پیش) به عصر پیشین زیستی یا پروتروزوییک (2.45-0.543 میلیارد سال پیش) شده است. این انتقال، رویداد عظیم اکسیداسیون را به وجود آورد که بدون آن هرگز حیات بر روی زمین امکان پذیر نبود.
تیمی متشکل از چهار ژئوشیمیدان و ژئوفیزیکدان به رهبری برنارد مارتی (Bernard Marty) در مرکز تحقیقات پتروگرافی و ژئوشیمیایی (Recherches Pétrographiques et Géochimiques) یا به صورت مخفف (CRPG) در فرانسه، نتایج تحقیقات خود را از اندازه گیری جریان مواد فرّار از گوشته ی زمین منتشر کردند.1 تیم مارتی برای اولین بار ثابت کرد که گاززدایی گوشته ی زمین باعث کاهش اثر گاز ایزوتوپ یا زنون-129 میشود. در واقع ارتباط مستقیمی بین مقدار زنون-129 آزاد شده در اتمسفر و مقادیر دی اکسید کربن، آب، نیتروژن، متان و گازهای هالوژن که به طور همزمان در اتمسفر آزاد میشوند وجود دارد.
تحقیقات تیم مارتی نشان داد که در عصر نخست زیستی، زنون-129 موجود در جو زمین نسبت به دوران مدرن کمتر بوده است. به گفته ی تیم مارتی، این تخلیه باعث شد نرخ گاززدایی زمین در انتهای دوران نخست زیستی ده برابر[at least a factor of ten times]مقداری باشد که امروز در جو زمین وجود دارد.2
منبع این مقدار گاز زدایی بالا
تیم مارتی نشان داد که گاززدایی شدید در پایان دوران نخست زیستی را نمیتوان با هیچ فعالیت تکتونیکی صفحه ای توضیح داد. احتمالا این گاززدایی از یک انفجار کوچک ناشی از فعالیت‌های همرفتی شدید در گوشته بوده که چندین «رویداد ماگمای اقیانوسی» گسترده را ایجاد کرده است.
ماگماهای اقیانوسی در واقع همان ماگماهای کریستال مایع (ماگمای معلق در فاز مایع) هستند که در مناطق خاصی از پوسته ی اقیانوسی وجود داشتند. پیش از این، محققان نشان داده بودند که در طول دورههای طولانی تکتونیک صفحهای کُند، مانند آنچه که در دوران نخست زیستی اتفاق افتاد، رویدادهای ماگمای اقیانوسی می‌توانستند رخ دهند.3
تیم مارتی دریافت که چگونه این فرآیند ذوب شدن در پوسته های اقیانوسی رخ داده است. همرفت گوشته ی زمین باید قسمتی از گوشته را که درست در زیر پوسته ی زمین قرار گرفته ذوب کند. تجمع گرما در گوشته ی تولید شده، توسط واپاشی فراوان رادیواکتیو اورانیوم و توریم که در آن زمان در هسته ی زمین وجود داشت، همرفتی گوشته را توضیح میدهد.
رویدادهای ماگمای اقیانوسی سرعت واژگونی مواد سرد شده در پوسته و استنوسفر (لایه ی نازکی که درست در زیر پوسته قرار دارد و شروع به ذوب شدن در گوشته میکند) را افزایش میدهد. این واژگونی باعث افزایش گاز زدایی میشود. با این حال، افزایش واژگونی منجر به اتلاف حرارت زیاد و در نتیجه خنک شدن سریع گوشته و پوسته بالایی میشود. از این رو تشکیل ماگماهای اقیانوسی، واژگونی فزاینده ی آن و گاز زدایی در ابعاد وسیع افزایش یافته و این رویدادها تا 300 میلیون سال ادامه یافتند.
مقدار بالای گاز زدایی زنون-129 که به اعتقاد تیم مارتی در پایان دوران باستانی رخ داد، با مقدار گاززدایی آب، دی اکسید کربن، نیتروژن و دی اکسید گوگرد برابر بوده است. برای مثال، مقدار گاززدایی دی اکسید کربن و دی اکسید گوگرد در آن زمان 17 تا 170 برابر بیشتر از مقدار کنونی بوده است.4
منبع انتشار دی اکسید گوگرد
جریان بالای ورود دی اکسید گوگرد به اتمسفر ناشی از رویدادهای اقیانوسی است که باعث رشد تشکیل خشکیها و قاره ها شد. من در مورد شواهد ایزوتوپی، برای این رشد انفجاری قاره‌ها در وبلاگ قبلیام توضیح دادهام.5 همان شواهد ایزوتوپی نشان داد که این رشد انفجاری بین 2.45 تا 2.33 میلیارد سال پیش رخ داده است، این دوره همانطور که در ادامه خواهیم دید زمانی کلیدی در تاریخ زمین بوده است.
بخشی از این رشد قاره ای شامل قلمرو آتشفشانی بزرگ ماتاچوان (Matachewan) (LIP) بود که باعث تشکیل بازالت بزرگ و سیل آسای قاره ای بوده است. بقایای آتشفشان ماتاچوان (LIP)، تقریباً تمام باعث تشکیل ایالتهای انتاریو، مانیتوبا، نوناووت قارهای، وایومینگ و داکوتای شمالی و بخش‌های بزرگی از کبک، مونتانا، مینه‌سوتا، فنلاند، سوئد و شمال غربی روسیه بوده است.
ماتاچوان (LIP) منطقهای با فورانهای آتشفشانی شدید بود. برخلاف آتشفشان‌هایی که در زیر سطح اقیانوس فوران می‌کنند، فورانهای آتشفشانی در قاره‌ها مقادیر زیادی دی اکسید گوگرد منتشر می‌کنند. تاریخ تخمینی برای رویداد سیل بازالت‌های ماتاچوان تاریخ شروع فورانهای آتشفشانی شدید 6.2±2452.5 میلیون سال پیش را نشان میدهد.6 این تاریخ یعنی 10 ± 2450 میلیون سال پیش، برای شروع رویداد بزرگ اکسیداسیون قابل تشخیص نیست.7
نتایج مقدار گاززدایی بالا در طول این دوره از فورانهای آتشفشانی، انتشار مقادیر زیادی دی اکسید گوگرد (SO2) در اتمسفر با بخار آب (H2O) واکنش داده و مقادیر زیادی اسید سولفوریک (H2SO4) تولید میکند:
4SO2 + 4H2O → H2S + 3H2SO4
انحلال این اسید سولفوریک در اقیانوسها که از 2450 میلیون سال پیش آغاز شد، توسط باکتریهای احیا کننده ی سولفات برای تولید پیریت (FeS2) متابولیزه میشد. این واکنش شیمیایی به این صورت است:
بنابراین، به ازای هر 32 مول دی اکسید گوگرد آزاد شده در اتمسفر توسط فورانهای آتشفشانی قارهای، تا 45 مول اکسیژن مولکولی ممکن است توسط باکتریهای کاهنده ی سولفات در اقیانوسها تولید شود. (یک مول = 6.02214076*1023 ، یا تعداد اتمهای موجود در 12 گرم کربن.)
دو ژئوشیمیدان انگلیسی به نامهای جیک سیبوروفسکی (Jake Ciborowski) و اندرو کر (Andrew Kerr) ، محاسبه کردند که یک ماتاچوان LIP به خودی خود حداقل 2.47 کوادریلیون کیلوگرم اکسیژن را وارد اتمسفر میکند.8 این پدیده سطح اکسیژن اتمسفر را افزایش داده و نسبت به قبل به 2.45 میلیارد سال پیش، از 0.0001 درصد به بیش از 0.23 درصد به بعد از 2.45 میلیارد سال پیش رسانده است.
ماتاچوان اولین رویداد آذرین عظیمی است که پس از ظهور قاره ها رخ داده است. این رویداد یک تغییر عمده در ترکیبات گازهای آتشفشانی ایجاد کرد و اکسیژن حاصل در اتمسفر، واکنشهای مستقل گوگرد را متوقف کرد و تولید اکسیژن را در اتمسفر زمین آغاز کرد. این نتایج منجر به افزایش توانایی زمین در تشکیل تنوع حیات شد، و حیات در زمین از زیستگاه ابتداییترین باکتریها، به محل زندگی تنوع گسترده ای از موجودات تبدیل شد.
انتشار مقادیر زیادی دی اکسید کربن در جو نیز نقش مهمی ایفا کرد. افزایش چشمگیر اکسیژن اتمسفر، مکانیسم تولید متان در جو را کاملا متوقف کرد. به طور کلی متانوژنها (باکتری های تولید کننده متان) به سختی میتوانند حتی در سطوح کم اکسیژن زنده بمانند. در نتیجه، افزایش اکسیژن اتمسفر باعث افت شدید متان شد که یک گاز گلخانهای قدرتمند به شمار میرود. اما نرخ گاززدایی بالای دی اکسید کربن که یکی دیگر از گازهای گلخانهای به شمار میرود، در پایان دوران باستانی رخ داد و تا حد زیادی کاهش متان در اتمسفر را جبران کرد.
طبق تحقیقات انجام شده افزایش ناگهانی اکسیژن اتمسفر توسط رویداد ماتاچوان، منجر به چندین دوره ی طولانی یخبندان در زمین شد. اما به لطف ورود دی اکسید کربن به اتمسفر، عصرهای یخبندان هرگز باعث نشد که زمین به یک گلولهی برفی دائمی (کاملاً پوشیده از لایه ضخیم یخ و برف) تبدیل شود و حیات روی زمین را به کلی از بین ببرد.9 9 دورههای یخبندان زمین به اندازه‌ای شدید بودند که برخی از غنی‌ترین ذخایر سنگهای فلزی زمین را از بین بردند.
بادگلوی بزرگ زمین نه تنها در یک مکان درست، بلکه در زمان درست اتفاق افتاد. تابش خورشید ثابت نیست. خورشید مانند یک کوره، هیدروژن را ذوب میکند و به هلیوم تبدیل میکند و به تدریج درخشانتر میشود. شکل زیر چگونگی تابش خورشید را در طول تاریخ حیات زمین نشان میدهد.
Figure: Sun’s Luminosity throughout Its History Image credit: Hugh Ross
اگر آن بادگلوی بزرگ زمین زودتر اتفاق می‌افتاد، یخبندان حاصل منجر میشد زمین برای همیشه به عنوان یه گلوله برفی باقی بماند و منجر به عدم شکل گیری حیات میشد، و اگر آن اتفاق بزرگ دیرتر روی زمین رخ میداد، زمان کافی بین بادگلو زدن و تابش کافی خورشید برای تشکیل حیات پیشرفته وجود نداشت. این زمان بندی دقیق، برای ایجاد ذخایر زیستی (مانند سوخت های فسیلی) و ایجاد دگرگونیهای شیمیایی لازم در سطح زمین، به منظور ایجاد تمدن بشری مورد نیاز بود.
مجموعه رویدادهای مفید در زمین که این رویداد بزرگ نمونه ی بارزی از آن است، شواهد بیشتری از نیروی فوق طبیعی و فوق هوشمند خداوند برای تشکیل حیات، انسان‌ها و تمدن بشری ارائه میکند.
Featured image: Banded iron rock formations like this one in Karijini National Park, Western Australia, will form under the oxygen-poor conditions that characterized the time just before and after the Great Oxidation Event. Image credit: Graeme Churchard, Creative Commons Attribution
پانویس
1-برنارد مارتی و همکاران، “شواهد ژئوشیمیایی برای شارهای فرار بالا از گوشته در انتهای آرکئن”، Nature 575 21) نوامبر 2019): 485-88، doi:10.1038/s41586-019-174.
2-مارتی و همکاران، “شواهد ژئوشیمیایی”، 485.
-کریس دبلیو. سینتون (Chris W. Sinton) و همکاران، “شامل ماگماهای اولیهی زمین در فنوکریستهای آنورتیتی از پلتفرم گالاپاگوس،” Earth and Planetary Science Letters 119, no. 4 (October 1993): 527–37, doi:10.1016/0012-821X(93)90060-M; Norman H. Sleep, “«فروکش شدن غیراستاندارد لیتوسفر گابروئی در اقیانوس ماگماهای گابروئیک»،,” اتحادیه ژئوفیزیک آمریکا، نشست پاییز 2006 (December 2006): abstract id. abstract id. U14B-08; J. Korenga، “تکامل حرارتی با یک گوشته آبرسان و آغاز تکتونیک صفحهای در زمین باستانی“، مجله تحقیقات ژئوفیزیک: 116, no. B12 (December 2011): id. B12403, doi:10.1029/2011JB008410.
8-ت.جیک ر.کیبوروفسکی (T. Jake R. Ciborowski) و آندره ک.کر (Andrew C. Kerr) “آیا ماگماتیسم توده گوشته به ایجاد رویداد بزرگ اکسیداسیون کمک کرد؟” Lithos 246–247 (مارس 2016): 128–33, doi:10.1016/j.lithos.2015.12.017.
9-ویرژین هارکوئت (Virginie Harcouët) و همکاران، “شرایط زمین‌شناسی و حرارتی قبل از رویداد اصلی کانی‌سازی طلای پالئوپروتروزوییک در اشانتی، غنا، همانطور که از مدل‌سازی حرارتی بهبود یافته استنباط میشود،” تحقیقات پرکامبرین 154، شماره. 1–2 (25 مارس 2007): 71–87, doi:10.1016/j.precamres.2006.11.014Harcouët و همکاران، “تکامل حرارتی قبل از کانی سازی کمربند اشانتی غنی از طلای پالئوپروتروزوییک، غنا،” انجمن زمین شناسی، لندن، انتشارات ویژه 248 (January 2005): 103–18, doi:10.1144/GSL.SP.2005.01.06دیوید آی. گرووز و فرانک پی. بیرلین، “تنظیمات ژئودینامیکی سیستم های ذخیره معدنی”، مجله انجمن زمین شناسی، 164 (ژانویه 2007): 19-30، doi:10.1144/0016-76492006-065.
