افزایش ناگهانی اکسیژن با کند شدن چرخش زمین

علمی 1400/06/10 16:36:53
افزایش ناگهانی اکسیژن با کند شدن چرخش زمین
کاهش سرعت چرخش زمین برای انسان‌ها قابل تشخیص نیست، اما این افت سرعت در طول میلیون‌ها سال آن‌قدر زیاد بوده که موجب تولید اکسیژن بیشتر در جو زمین شده است.

کند شدن چرخش زمین باعث افزایش اکسیژن در جو زمین می شود

 

از زمان به وجود آمدن زمین در حدود ۴.6 میلیارد سال پیش، سرعت چرخش سیاره ما رفته‌رفته کمتر شده و این مسئله به افزایش طول روز کمک کرده است. در نتیجه، برخی باکتری‌ها از حدود ۲ میلیارد سال پیش فرصت بیشتری برای فوتوسنتز داشته‌اند و اکسیژن مورد نیاز برای حیات کنونی را تولید کرده‌اند.

با افزایش طول روز، نور بیشتر روز، به خروج اکسیژن از فرش جلبکی یا بستر میکروبی کمک می کند.

فرش جلبکی یا microbial mats لایه‌ای از جلبک‌های سیانوباکتریایی (cyanobacterial)  و قارچ‌ها هستند که بر سطح رسوبات رشد می‌کنند.

یک ماهی بِربت (ماهی ریشدار) بر روی سنگ های پوشیده از فرشی از جلبکهای میکروبی بنفش و سفید، در میدل آیلند در دریاچه هورون قرار دارد
یک ماهی بِربت (ماهی ریشدار) بر روی سنگ های پوشیده از فرشی از جلبکهای میکروبی بنفش و سفید،
در میدل آیلند در دریاچه هورون قرار دارد

 

در این مقاله از مجله اینترنتی بیننده، یک توجیه جدید در مورد چگونگی تبدیل شدن زمین به یک سیاره غنی از اکسیژن وجود دارد: با کند شدن چرخش سیاره زمین، میکروبها مدت بیشتری زیر نور خورشید قرار می گیرند که باعث آزاد شدن اکسیژن بیشتر در جو می شود.

نفس کشیدن امکان پذیر است؛ زیرا میلیاردها سال پیش، فرش جلبکی متراکمی سیانوباکتری ها - اولین حیات روی زمین - شروع به تولید اکسیژن به عنوان یک محصول جانبی از فتوسنتز کردند. اما دانشمندان هنوز به طور قطع نمی دانند چه چیزی باعث دو رویداد اکسیژن رسانی دگرگون کننده شد که زمین را از سیاره کم اکسیژن به دنیایی غنی از اکسیژن تبدیل کرد، که در آن تمام موجودات زنده می توانند تکامل یافته و تنوع پیدا کنند.

در حال حاضر، محققان یک عامل مهم را شناسایی کرده اند که می تواند باعث آزاد شدن اکسیژن تولید شده توسط میکروب ها شود: کند شدن چرخش زمین در حدود 2.4 میلیارد سال پیش. 

زمین هنگامی که یک سیاره تازه متولد شده بود، سریعتر می چرخید و چرخش خود را طی چند ساعت کامل می کرد. اما در طول صدها میلیون سال به تدریج سرعت آن کاهش یافت. بر اساس مطالعه ای جدید، هنگامی که طول روز به یک آستانه مشخص رسید - احتمالاً در دوره های مهم اکسیژن رسانی – طولانی تر شدن زمان تابش نور خورشید، ممکن است مولکول های اکسیژن بیشتری را از مناطقی با غلظت بالا (داخل  باکتری) به مناطقی با غلظت پایین تر (جو) پرتاب کند.

دانشمندان به تازگی سرنخ هایی از این ارتباط را در چاله ای در اعماق دریاچه هورون (Huron) پیدا کرده اند. دریاچه هورون که با میشیگان در ایالات متحده و آنتاریو در کانادا هم مرز است، یکی از بزرگترین دریاچه های آب شیرین در جهان است. قطر فروچاله دریاچه این جزیره 300 فوت (91 متر) است و حدود 80 فوت (24 متر) زیر سطح آب دریاچه قرار دارد. در آنجا، آب غنی از گوگرد غذای میکروب های رنگارنگی را تشکیل می دهد که در محیط کم اکسیژن رشد می کنند، درست مانند اولین فرم از باکتری های زمین.

در اعماق سرد این فروچاله دو نوع میکروب زندگی می کنند: سیانوباکتریهای بنفش در جستجوی نور خورشید، که از طریق فتوسنتز اکسیژن تولید می کنند و باکتری های سفید که گوگرد یا همان سولفور مصرف می کنند و در عوض سولفات آزاد می کنند. 

میکروب ها در طول روز به دنبال موقعیت مناسب می گردند. باکتری های گوگردخوار، در ساعت های صبح و عصر، سیانوباکتریهای بنفش در مجاورت خود را می پوشانند و دسترسی میکروب های بنفش را به خورشید مسدود می کنند. 

با این حال، در هنگام روز که نور خورشید بیشتر است، میکروب های سفید از نور فاصله می گیرند و به عمق پایین تر فروچاله می روند و از روی سیانوباکتری های بنفش کنار می روند و در نتیجه سینوباکتریها بالا آمده، می توانند فتوسنتز کرده و اکسیژن آزاد کنند.

طبق نوشته محققان ممکن است از میلیاردها سال پیش، رقابت های مشابهی بین اجتماعی از میکروبها وجود داشته باشد؛ همسایه های میکروبی مانع از رسیدن نور خورشید به باکتری های تولید کننده اکسیژن می شوند. سپس، با طولانی شدن روزها در روی زمین، میکروبهای سازنده اکسیژن، زمان بیشتری را در زیر نور خورشید قرار می گیرند و اکسیژن بیشتری را در جو آزاد کردند.

طبق گفته های نویسنده ارشد این تحقیق آنها متوجه شده اند که یک ارتباط اساسی بین دینامیک نور و انتشار اکسیژن وجود دارد.  جودیت کلَت (Judith Klatt)، دانشمند پژوهشی از موسسه مَکس پلنک از میکروبیولوژی دریایی در بِرمِن، آلمان می گوید که هنگامی که تغییرات حرارتی باعث می شود مولکول ها از محیطی با غلظت بیشتر به محیطی با غلظت پایین تر مهاجرت کنند، این پیوند در فیزیک انتشار مولکولی ایجاد می شود.  
 
کلَت در ایمیلی به Live Science گفت: "در یک روز کوتاه تر، اکسیژن کمتری از بستر میکروبی یا همان فرش جلبکی خارج می شود، حتی اگر به همان میزان اکسیژن در ساعت تولید شود."

فرشهای میکروبی بنفش در گودال جزیره میدل در دریاچه هورون، ژوئن 2019. تپه های کوچک و
فرشهای میکروبی بنفش در گودال جزیره میدل در دریاچه هورون، ژوئن 2019.
تپه های کوچک و "انگشتان" مانند این در این بسترها ناشی از گازهایی
مانند متان و سولفید هیدروژن است که در زیر آنها حباب می زند.

 

چرخش دورانی

در حال حاضر، زمین هر 24 ساعت یکبار یک چرخش کامل در محور خود انجام می دهد. اما بیش از 4 میلیارد سال پیش، یک روز کامل تنها حدود 6 ساعت به طول می انجامید. در طول میلیاردها سال، حرکت و چرخش مداوم زمین همراه با ماه باعث چرخش سیاره در فرآیندی موسوم به اصطکاک جزر و مدی شده است. 

چرخش زمین، کشش ماه (و خورشید، به میزان کمتر)، اقیانوس های زمین را جذب می کنند. برایان اربیک (Brian Arbic)، نویسنده این مقاله، پروفسوری در بخش زمین و علوم محیط زیست در دانشکده ادبیات، علم و هنر دانشگاه میشیگان، گفت: "این امر باعث می شود دریاها به گونه ای از مرکز زمین دور شوند، انرژی را از چرخش خارج کرده و سرعت آن را کاهش دهند."

اربیک در ایمیلی به Live Science گفت که این کاهش سرعت اندک است، اما در طول صدها میلیون سال، به میزان ساعت های طول روز اضافه می شود؛ این کاهش سرعت همچنان ادامه دارد.

"اصطکاک جزر و مدی، سرعت چرخش را کاهش می دهد – روزها در طول زمان زمین شناسی طولانی تر می شوند." 

یک غواص میکروب های بنفش، سفید و سبز را می پوشاند که سنگ ها را در سوراخ سوراخ جزیره میانی دریاچه هورون می پوشانند.
یک غواص میکروب های بنفش، سفید و سبزی را نشان می دهد که روی سنگ ها را
در فروچاله جزیره میدل دریاچه هورون می پوشانند.

 

تنفس هوای تازه

محققان سناریوهایی را شبیه سازی کردند که طول روز و خروج اکسیژن از بسترهای میکروبی را تغییر می دهند. هنگامی که آنها مدلهای خود را با تجزیه و تحلیل نمونه برداری شده از بسترهای میکروبی رقیب از فرو چاله جزیره میدل مقایسه کردند، به تأیید پیش بینی های خود دست یافتند: باکتریهای فتوسنتز کننده، اکسیژن بیشتری را در روزهای طولانی تر آزاد می کردند.

این به این دلیل نبود که میکروب ها بیشتر فتوسنتز می کردند. آرژون چنو ( Arjun Chennu)، نویسنده این تحقیق، دانشمند محقق در مرکز تحقیقات دریایی گرمسیری لایبنیز در برمن، معتقد است که این امر بیشتر به این معنی است که طولانی تر شدن روزها موجب آزاد شدن اکسیژن بیشتری از بستر میکروبی در طول یک روز می شود. 

چنو در بیانیه ای گفت: "این آزاد شدن ناچیز اکسیژن از نور خورشید، در مرکز این مکانیسم قرار دارد."

به گفته مرکز تحقیقات محیط زیست اسمیتسونین (Smithsonian) اتمسفر زمین، بعد از شکل گیری و سرد شدن کره زمین، در حدود 4.6 میلیارد سال پیش، شکل گرفت و بیشتر از سولفید هیدروژن، متان و دی اکسید کربن (CO2) تشکیل شده بود - به اندازه 200 برابر مقدار CO2 موجود در جو کنونی زمین.

همه اینها پس از رویداد اکسیداسیون بزرگ (GOE) در حدود 2.4 میلیارد سال پیش تغییر کرد و پس از آن رویداد اکسیژن رسانی نئوپروتروزوییک در حدود 2 میلیارد سال بعد، اکسیژن اتمسفر را به سطح امروزی، در حدود 21 درصد، رساند. 

این دو رویداد اکسیژن رسانی پیش از این با فعالیت فتوسنتز سیانوباکتری ها مرتبط بوده است و شواهد جدید حاکی از آن است که عامل دیگری می تواند باعث تغییر طول روز بر روی زمین باشد - "عاملی که پیش از این زیاد به آن پرداخته نشده بود" - به اندازه ای طولانی که اکسیژن بیشتری از بستر میکروبی آزاد کند و به موازات دیگر محرک های اکسیژن رسانی که قبلاً پیشنهاد شده بود، کار می کند.

 

 

 

 


LIVE SCIENCE

 

 

شاید به این مطالب هم علاقه مند باشید
اهرام فراموش شده مروی در سودان
اهرام فراموش شده مروی در سودان

با شروع بیماری همه گیر ویروس کرونا و با محدودیت های سفر در سراسر جهان، این بار می خواهیم شما رو با اهرام فراموش شده مِروی در سودان آشنا کنیم.

گردشگری 1400/01/22 مشاهده مطلب

بازگشت طوفان های خورشیدی و تهدید زندگی در زمین
بازگشت طوفان های خورشیدی و تهدید زندگی در زمین

امواج ژئومغناطیسی طوفان های خورشیدی، برای هر کسی در سطح زمین نامرئی و بی خطراند، اما می توانند شبکه های برق را از کار بیاندازند و کلی اتفاقای دیگه!

علمی 1400/03/05 مشاهده مطلب

اولین خاطره زندگی خود را به خاطر می آورید؟
اولین خاطره زندگی خود را به خاطر می آورید؟

مطالعات جدید حاکی از آن است که اولین خاطره زندگی هر فردی به دو سال و نیمگی وی بر میگردد.

علمی 1400/03/30 مشاهده مطلب

آیا قهوه باعث کاهش مشکلات کبدی می گردد؟
آیا قهوه باعث کاهش مشکلات کبدی می گردد؟

بررسی ها حاکی از آن است که نوشیدن هر نوع قهوه‌ای خطر ابتلا به بیماریهای کبد را کاهش می دهد. با ما همراه باشید تا صحت و سُقم این تحقیق رو با هم بررسی کنیم.

ورزش و سلامتی 1400/04/12 مشاهده مطلب

دوبرابر شدن گرمای زمین از سال 2005
دوبرابر شدن گرمای زمین از سال 2005

تأثیرات فعالیت انسان بر تبادل گرما بین جو زمین و محیط فضایی اطراف آن و تغییرات طبیعی در رفتار اکوسیستم سیاره زمین هر دو باعث گرم شدن زمین می شوند.

علمی 1400/04/17 مشاهده مطلب

رصد نور پشت سیاه چاله و اثبات نظریه نسبیت انیشتین
رصد نور پشت سیاه چاله و اثبات نظریه نسبیت انیشتین

دانشمندان برای اولین بار نوری را از پشت یک اَبَر سیاه چاله رصد کردند که مدرکی است دال بر اثبات نظریه نسبیت انیشتین!

علمی 1400/05/11 مشاهده مطلب

لطفاً صبر کنید