Επιστήμονες αποκάλυψαν απροσδόκητα στοιχεία για το μακρινό παρελθόν της Γης: κάποιες μικροσκοπικές πέτρες από οξείδιο του σιδήρου, τους ωόλιθους (ooids).
Οι ορυκτές, λευκές αυτές πέτρες, έχουν παγιδευμένα στο εσωτερικό τους ίχνη από αρχαίο άνθρακα, αποκαλύπτοντας πως, οι ωκεανοί πριν από 1.000 και 541 εκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν, είχαν πολύ λιγότερο οργανικό άνθρακα, απ’ ό,τι πίστευαν οι επιστήμονες προηγουμένως.
Η ανακάλυψη αυτή, αμφισβητεί παραδοσιακές θεωρίες σχετικά με τα επίπεδα του άνθρακα, τις αυξήσεις του οξυγόνου και τη δημιουργία της περίπλοκης ζωής.
Ένας «μάρτυρας» του παρελθόντος
Οι γεωλόγοι έχουν αντιμετωπίσει τεράστιες προκλήσεις στην έρευνα της ιστορίας της Γης, καθώς τα σημαντικά γεγονότα που συνέβησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια είναι πολλά , αλλά τα άμεσα διαθέσιμα στοιχεία είναι ελάχιστα. Έτσι, οι ερευνητές αναγκάζονται να αξιοποιούν έμμεσα στοιχεία ή υπολογιστικά μοντέλα.
Μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Jordon Hemingway, του ETH (Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Ζυρίχης), ανακάλυψε ωστόσο έναν μοναδικό τρόπο να καταγράψει τη συγκεκριμένη περίοδο: τις μικροσκοπικές πέτρες από οξείδιο του σιδήρου που μπορούν να υπολογίσουν άμεσα τα αποθέματα του άνθρακα στον πρωτόγονο ωκεανό.
Εξωτερικά, οι πέτρες μοιάζουν με κόκκους της άμμου. Στο σχήμα ωστόσο, είναι ωοειδείς και θυμίζουν στρόγγυλες χιονόμπαλες. Αναπτύσσονται σε στρώματα, καθώς απωθούνται στον πυθμένα από τα κύματα. Σταδιακά, προσκολλώνται πάνω τους μόρια οργανικού άνθρακα, τα οποία στη συνέχεια ενσωματώνονται στην κρυσταλλική τους δομή.
Εξετάζοντας τα απόβλητα αυτά στοιχεία, η ομάδα του Hemingway, κατάφερε να ανιχνεύσει την περιεκτικότητα της θάλασσας σε οργανικό άνθρακα – μέχρι και 1,65 εκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν.
Στο περιοδικό Nature, οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα πως, μεταξύ 1.000 και 541 χρόνων στο παρελθόν, τα αποθέματα του άνθρακα, ήταν πολύ χαμηλότερα απ’ ότι θεωρούταν μέχρι πρότινος.
Τα πορίσματα των ερευνητών, καταρρίπτουν τις διαδεδομένες εξηγήσεις σχετικά με σημαντικά γεωχημικά και βιολογικά φαινόμενα της περιόδου και, ρίχνουν νέο φως στην ιστορία της Γης.
Ο ωκεανός – αποθετήριο των συστατικών στοιχείων της Γης
Πώς εισέρχεται όμως ο άνθρακας στους ωκεανούς; Από την μία πλευρά, το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) διασπάται από τον αέρα στο θαλασσινό νερό και μεταφέρεται στη θάλασσα μέσα από διεργασίες ανάμιξης και ωκεάνια ρεύματα – όπου και συγκρατείται για μεγάλες περιόδους. Απ’ την άλλη, οργανικός άνθρακας παράγεται από φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, όπως είναι το φυτοπλαγκτόν και ορισμένα βακτήρια. Αξιοποιώντας το φως του ήλιου και το CO2, οι μικροσκοπικοί οργανισμοί, παράγουν δικές τους ενώσεις από οργανικό άνθρακα.
Όταν οι οργανισμοί πεθαίνουν, βυθίζονται αργά προς τον πυθμένα – σαν θαλάσσιο χιόνι. Αν φτάσουν μέχρι τον βυθό και δεν τα φάνε προς την κάθοδο άλλοι οργανισμοί, τότε ο άνθρακας αποθηκεύεται στον πυθμένα της θάλασσας για εκατομμύρια χρόνια.
Ωστόσο, τα συστατικά του άνθρακα, δεν παρέχονται μόνο από το φυτοπλαγκτόν. Οι δομικοί λίθοι της ζωής ανακυκλώνονται συνεχώς: μικροοργανισμοί αποσυνθέτουν εκκρίσεις και νεκρούς οργανισμούς, απελευθερώνοντας εκ νέου συστατικά στοιχεία. Τα μόρια αυτά, σχηματίζουν τον διαλυμένο οργανικό άνθρακα, ο οποίος ρέει ελεύθερα στον ωκεανό – ένα τεράστιο απόθεμα δομικών στοιχείων που περιέχει 200 φορές περισσότερο άνθρακα από τον «υπάρχοντα» στη θαλάσσια ζωή.
Η επανάσταση του οξυγόνου που άλλαξε τα πάντα
Βάσει των ανωμαλιών στα ιζηματογενή πετρώματα των ωκεανών, οι ερευνητές υπέθεσαν πως, το αποθεματικό των συστατικών στοιχείων, πρέπει να ήταν ιδιαίτερα ογκώδες μεταξύ 1.000 και 514 εκατομμυρίων χρόνων στο παρελθόν.
Για πολλά χρόνια, η υπόθεση αυτή ήταν το θεμέλιο της εξήγησης πώς δημιουργήθηκαν, την ίδια περίοδο, οι παγετώνες και η περίπλοκη ζωή.
Η φωτοσυνθετική παραγωγή των συστατικών στοιχείων της ζωής, συνδέεται στενά με τη δημιουργία της ατμόσφαιρας και των πιο περίπλοκων μορφών ζωής. Το οξυγόνο άρχισε να συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα μόνο μέσω της φωτοσύνθεσης.
Η περιεκτικότητα του οξυγόνου αυξήθηκε στα σημερινά της επίπεδα κατά 21%, σε δύο κύματα – τα Μεγάλα Οξειδωτικά Γεγονότα. Και τα δύο οξειδωτικά γεγονότα, συνοδεύτηκαν από ακραίες περιόδους παγετώνων που κάλυψαν ολόκληρο τον πλανήτη με πάγους.
Η ζωή, ωστόσο, συνέχισε να υπάρχει, με δύο νέες εφευρέσεις. Στη διάρκεια του Πρώτου Οξειδωτικού Γεγονότος, πριν από 2,4 έως 2,1 δισεκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν, οι οργανισμοί απέκτησαν μεταβολισμό, μετατρέποντας την τροφή σε ενέργεια, με τη βοήθεια του οξυγόνου.
Ο εξαιρετικά αποδοτικός αυτός τρόπος παραγωγής ενέργειας, έδωσε τη δυνατότητα της ανάπτυξης πιο περίπλοκων μορφών ζωής.
Πολύ χαμηλότερη περιεκτικότητα άνθρακα απ’ ότι πιστεύαμε
Η ομάδα του Hemingway καταγράφει αυτούς τους συσχετισμούς ανάμεσα σε γεωχημικές και βιολογικές εξελίξεις. Οι ερευνητές δημιούργησαν μια νέα μέθοδο, η οποία τους επιτρέπει να καθορίσουν άμεσα το μέγεθος του θαλάσσιου αποθέματος συστατικών στοιχείων, βάσει των μορίων άνθρακα στα ωοειδή.
«Τ’ αποτελέσματά μας αντιβαίνουν σε προγενέστερες υποθέσεις», γράφει στην εισαγωγή του ο Hemingway.
Σύμφωνα με τις μετρήσεις των ερευνητών του ETH πριν από 1.000 έως 540 εκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν, ο ωκεανός δεν περιείχε περισσότερο αλλά για την ακρίβεια, 90 έως 99% λιγότερο διασπασμένο οργανικό άνθρακα σε σχέση με σήμερα.
Μόλις μετά το Δεύτερο Μεγάλο Οξειδωτικό Γεγονός ανέβηκαν οι τιμές στο σημερινό επίπεδο των 660 τόνων άνθρακα.
Σύμφωνα με τον κύριο συγγραφέα, Nir Galili, «Χρειαζόμαστε νέες εξηγήσεις για τον συσχετισμό των εποχών των παγετώνων με τις περίπλοκες μορφές ζωής και την αύξηση του οξυγόνου».
Όπως εξηγεί, η τεράστια συρρίκνωση των αποθεμάτων σε άνθρακα, αποδίδεται στην ανάπτυξη μεγαλύτερων οργανισμών εκείνη την εποχή: μονοκύτταρων και αργότερα, πολυκύτταρων οργανισμών, οι οποίοι βυθίζονταν πιο γρήγορα μετά τον θάνατό τους, αυξάνοντας έτσι τη θαλάσσια «χιονόπτωση». Ωστόσο, τα μόρια του άνθρακα δεν ανακυκλώνονταν στα βαθύτερα στρώματα του ωκεανού, επειδή το οξυγόνο ήταν ελάχιστο.
Παρέμεναν στον πυθμένα, προκαλώντας τη ραγδαία πτώση του διαλυμένου οργανικού άνθρακα. Μόνο με τη συσσώρευση του οξυγόνου στα βάθη της θάλασσας αυξήθηκε πάλι το απόθεμα του άνθρακα, στον σημερινό του όγκο.
Από τον πρωτόγονο ωκεανό μέχρι σήμερα
Αν και οι περίοδοι που μελετώνται είναι πολύ μακρινές, τα πρόσφατα συμπεράσματα της μελέτης είναι σημαντικά για το μέλλον. Αλλάζουν την άποψή μας για το πώς αναπτύχθηκε η ζωή στη Γη και σε εξωπλανήτες.
Την ίδια στιγμή, μας βοηθούν να κατανοήσουμε πώς αποκρίνεται η Γη σε διαταρχές και, πως οι άνθρωποι, είναι επίσης μια διαταραχή – η υπερθέρμανση και η ρύπανση των ωκεανών από ανθρώπινες δραστηριότητες, οδηγούν σε πτώση των επιπέδων του οξυγόνου της θάλασσας.
Κατ’ επέκταση, δεν μπορούμε ν’ αποκλείσουμε το ενδεχόμενο της επανάληψης των ίδιων φαινομένων και στο μακρινό μέλλον.
