Πώς δημιουργήθηκαν οι συνθήκες που επέτρεψαν τη ζωή στον πλανήτη μας; Μια νέα επιστημονική ανακάλυψη έρχεται να ανατρέψει όσα γνωρίζαμε για τη γεωλογική ιστορία της Γης.
Ερευνητές επανεξετάζουν ένα κρίσιμο μυστικό δισεκατομμυρίων ετών, αλλάζοντας τα δεδομένα γύρω από τη μεταβολή του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Ένα βασικό γεωλογικό στοιχείο για μια παγκόσμια διαταραχή στον αρχαίο κύκλο του άνθρακα της Γης ενδέχεται να έχει πιο τοπική προέλευση.
Πριν από περίπου 2,5 έως 2 δισεκατομμύρια χρόνια, η Γη υπέστη τη μεγαλύτερη χημική μεταμόρφωση που είναι γνωστή στην ιστορία της επιφάνειάς της, καθώς συσσωρευόταν οξυγόνο στην ατμόσφαιρα.
Αυτή η μεταβολή βοήθησε τελικά στη δημιουργία των κατάλληλων συνθηκών για την εμφάνιση σύνθετων οργανισμών, όπως τα φυτά και τα ζώα, πριν από περίπου μισό δισεκατομμύριο χρόνια.
Τοπικό Φαινόμενο ή Παγκόσμια Ανατροπή;
Κατά τη διάρκεια αυτής της πρώιμης ανόδου του οξυγόνου, τεράστιες ποσότητες μικροβιακού υλικού θάφτηκαν κάτω από τον πυθμένα της θάλασσας, παγιδεύοντας τον άνθρακα σε πετρώματα με ένα ασυνήθιστο ισοτοπικό αποτύπωμα. Αυτό το σήμα έχει συχνά ερμηνευτεί ως απόδειξη ότι ο κύκλος του άνθρακα της Γης διαταράχθηκε σε παγκόσμια κλίμακα.
Μεγάλο μέρος των αποδείξεων για ένα τέτοιο παγκόσμιο γεγονός προέρχεται από πυρήνες γεωτρήσεων —μακρούς κυλίνδρους πετρωμάτων που εξάγονται κάτω από την επιφάνεια— οι οποίοι ελήφθησαν από αρχαία θαλάσσια ιζήματα στην Καρελία της Ρωσίας και στη λεκάνη Francevillian της Γκαμπόν.
Μια έρευνα με επικεφαλής επιστήμονες του Caltech αμφισβητεί τώρα εν μέρει αυτή την ερμηνεία, δείχνοντας ότι τα ευρήματα από τη Ρωσία ενδέχεται να αντανακλούν διεργασίες που έλαβαν χώρα τοπικά, εντός μιας και μόνο ιζηματογενούς λεκάνης.
«Μια μεγάλη συζήτηση επικεντρώνεται σε ένα ασυνήθιστο σήμα ισοτόπων άνθρακα, το οποίο συχνά έχει ερμηνευτεί ως απόδειξη μιας παγκόσμιας περιβαλλοντικής αλλαγής», αναφέρει η Nivedita Thiagarajan (PhD ’12), ανώτερη επιστημονική ερευνήτρια στο Caltech, η οποία εργάζεται στο εργαστήριο του John Eiler, Καθηγητή Γεωλογίας και Γεωχημείας στην έδρα Robert P. Sharp και Προέδρου της Διεύθυνσης Γεωλογικών και Πλανητικών Επιστημών στην έδρα Ted and Ginger Jenkins Leadership.
«Μελετήσαμε αέρια παγιδευμένα σε μικροσκοπικούς θύλακες μέσα σε πετρώματα από τον Σχηματισμό Zaonega στην Καρελία της Ρωσίας —ένα από τα παλαιότερα γνωστά κοιτάσματα ορυκτού πετρελαίου στον κόσμο— και διαπιστώσαμε ότι το σήμα των ισοτόπων άνθρακα σε αυτή την τοποθεσία-κλειδί μπορεί να εξηγηθεί από τοπικά φαινόμενα που συνέβησαν μέσα σε μια ιζηματογενή λεκάνη μερικών εκατοντάδων τετραγωνικών χιλιομέτρων, και όχι σε ολόκληρο τον πλανήτη».
Η Thiagarajan ήταν επικεφαλής της μελέτης, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Geology και αναπαριστά τις διεργασίες που καταγράφηκαν στην Καρελία αφότου το οξυγόνο έγινε για πρώτη φορά άφθονο στην ατμόσφαιρα της Γης.
Αμφισβητείται το Παγκόσμιο Αποτύπωμα
Ο άνθρακας εμφανίζεται σε βαρύτερες και ελαφρύτερες ισοτοπικές μορφές, και οι αναλογίες που διατηρούνται στην αρχαία βιομάζα μπορούν να προσφέρουν στοιχεία για την προέλευσή του.
Συνεπώς, οι αναλογίες μεταξύ αυτών των ισοτόπων (ή τα σήματα ισοτόπων άνθρακα) στους πυρήνες των γεωτρήσεων παρέχουν ένα αρχείο περιβαλλοντικών αλλαγών σε βάθος χρόνου, κατά κάποιο τρόπο όπως οι πληροφορίες που διατηρούνται στους δακτυλίους των δέντρων. Ένα ασυνήθιστο αποτύπωμα άνθρακα που εντοπίστηκε στον Σχηματισμό Zaonega και σε πετρώματα από την Γκαμπόν ονομάζεται «γεγονός Shunga-Francevillian».
Οι ερευνητές το έχουν χρησιμοποιήσει ως απόδειξη ότι ο κύκλος του άνθρακα της Γης υπέστη μια παγκόσμια διαταραχή πριν από περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια.
«Η Γη, κατά κάποιο τρόπο, “τρελάθηκε” κατά τη διάρκεια εκείνης της χρονικής περιόδου όπου το οξυγόνο εμφανίστηκε στην ατμόσφαιρα. Αυτό που προσπαθούμε να αξιολογήσουμε είναι τα αίτια και οι συνέπειες της οξυγόνωσης της Γης», εξηγεί ο Aivo Lepland, ερευνητής στο Γεωλογικό Ινστιτούτο της Νορβηγίας (NGU) στο Τρόντχαϊμ και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης. «Αυτές οι πληροφορίες είναι αρχειοθετημένες στα πετρώματα, οπότε, για να μελετήσεις τι συνέβη, πρέπει να μελετήσεις τα πετρώματα».
Οι ερευνητές προσέγγισαν την ανωμαλία Shunga–Francevillian εξετάζοντας ένα διαφορετικό είδος αποδεικτικών στοιχείων. Χρησιμοποιώντας πυρήνες γεωτρήσεων που φυλάσσονται στο Γεωλογικό Ινστιτούτο της Νορβηγίας (NGU), ανέλυσαν τη μοριακή και ισοτοπική σύνθεση αερίων που διατηρούνταν σε μικροσκοπικά ρευστά εγκλείσματα μέσα σε δείγματα πλούσια σε πυροάσφαλτο από τον Σχηματισμό Zaonega, μια αρχαία θαλάσσια ιζηματογενή λεκάνη.
Η πυροάσφαλτος είναι αδιάλυτος οργανικός άνθρακας που παράγεται όταν το αργό πετρέλαιο ή το κηρογόνο (μια πρώτη ύλη για το φυσικό αέριο) που είναι παγιδευμένα κάτω από το έδαφος, εκτίθενται σε έντονη θερμότητα.
Η συνεργασία πήρε μορφή κατά τη διάρκεια της εκπαιδευτικής άδειας (sabbatical) του Lepland στο Caltech. Έφτασε εκεί έχοντας μια νέα σειρά μετρήσεων ισοτόπων από αέρια παγιδευμένα σε πετρώματα του Zaonega, οι οποίες χρειαζόταν ακόμα εξήγηση.
Την ίδια περίοδο, η Thiagarajan και ο Eiler είχαν μελετήσει πρόσφατα τις αναλογίες ισοτόπων σε φυσικά αέρια, αναπτύσσοντας ένα ευρύτερο πλαίσιο για την κατανόηση του τρόπου σχηματισμού αυτών των αερίων.
Η θέρμανση από μάγμα θα μπορούσε να εξηγήσει την ανωμαλία
Όταν οι ερευνητές συνδύασαν αυτές τις παρατηρήσεις, προέκυψε μια διαφορετική εξήγηση για τα ασυνήθιστα ισοτοπικά αποτυπώματα. Προτείνουν ότι ένα στρώμα μάγματος διείσδυσε σε στρώματα θαλάσσιων ιζημάτων στον Σχηματισμό Zaonega, ενόσω τα ιζήματα αυτά ήταν θαμμένα κάτω από έναν προϊστορικό ωκεανό.
Η θερμότητα από το μάγμα αλλοίωσε τα πλούσια σε οργανική ύλη ιζήματα και δημιούργησε υδρογονάνθρακες, συμπεριλαμβανομένου του μεθανίου και του προπανίου.
Αυτές οι ενώσεις κινήθηκαν στη συνέχεια προς τα πάνω, προς τον πυθμένα της θάλασσας, όπου μικρόβια που καταναλώνουν μεθάνιο τις χρησιμοποίησαν και παρήγαγαν βιομάζα που έφερε ένα ελαφρύ ισοτοπικό αποτύπωμα άνθρακα.
Οι μετρήσεις αποκάλυψαν επίσης μια μεγάλη διαφορά θερμοκρασίας (θερμοκρασιακή βαθμίδα), από περίπου 350 βαθμούς Κελσίου δίπλα στη διείσδυση του μάγματος έως περίπου 72 βαθμούς Κελσίου σε μια αρχαία διαρροή ασφάλτου στον πυθμένα της θάλασσας, περίπου 300 μέτρα ψηλότερα.
«Η αλυσίδα γεωλογικών και βιολογικών διεργασιών μπορεί να εξηγήσει το ασυνήθιστο σήμα ισοτόπων άνθρακα που καταγράφηκε στον Σχηματισμό Zaonega», αναφέρει η Thiagarajan.
«Ήταν ενδιαφέρον να βλέπουμε ότι ορισμένα από τα ίδια αποτυπώματα που παρατηρούμε στις σύγχρονες λεκάνες πετρελαίου και φυσικού αερίου βρίσκονται επίσης εκεί και διατηρούνται σε δείγματα ηλικίας 2 δισεκατομμυρίων ετών».
Τα στοιχεία δείχνουν τοπική αιτία
Οι ερευνητές δεν μπορούν να αποκλείσουν εντελώς τη συμβολή άλλων διεργασιών. Ωστόσο, οι μετρήσεις τους δείχνουν ότι η ανωμαλία των ισοτόπων άνθρακα στο Zaonega προκλήθηκε κυρίως από γεγονότα εντός της τοπικής λεκάνης και όχι από μια αλλαγή που επηρέασε ολόκληρο τον πλανήτη.
«Επειδή το Zaonega αποτελεί τοποθεσία-ορόσημο για το γεγονός Shunga–Francevillian, τα ευρήματά μας εγείρουν σημαντικά ερωτήματα σχετικά με το αν αυτό θα πρέπει τελικά να θεωρείται ένα παγκόσμιο γεγονός», αναφέρει η Thiagarajan.
Η Γκαμπόν θα αποτελέσει τη δοκιμασία-κλειδί
Η επόμενη δοκιμασία θα προέλθει από την Γκαμπόν, όπου τα πετρώματα καταγράφουν μια παρόμοια ισοτοπική ανωμαλία. Οι ερευνητές σχεδιάζουν να αναλύσουν δείγματα που συλλέχθηκαν μέσω του έργου GOE-DEEP, το οποίο συγχρηματοδοτείται από το Διεθνές Πρόγραμμα Επιστημονικών Ηπειρωτικών Γεωτρήσεων, προκειμένου να διαπιστώσουν αν ανάλογες τοπικές διεργασίες μπορούν να εξηγήσουν το σήμα και σε εκείνη την περιοχή.
Ο Lepland πέρασε τέσσερις μήνες στην Γκαμπόν κατά το καλοκαίρι του 2025, συντονίζοντας την προσπάθεια των γεωτρήσεων. Οι πυρήνες που προέκυψαν έφτασαν στο NGU τον Φεβρουάριο και έχει προγραμματιστεί να υποβληθούν σε δειγματοληψία αργότερα φέτος από μια διεθνή ερευνητική ομάδα που εκπροσωπεί 18 χώρες.
«Τώρα μπορούμε να συνθέσουμε τα κομμάτια του παζλ, πραγματοποιώντας μια παρόμοιου τύπου μελέτη στα πετρώματα της Γκαμπόν για να συγκρίνουμε τις δύο τοποθεσίες», αναφέρει ο Lepland. «Με αυτόν τον τρόπο προχωρά η επιστήμη».
