دمای زمین در ابتدای تشکیل حیات

[ganjineh]

سیاره ما تولدی سوزان داشت. زمین حدود ۵/۴ میلیارد سال پیش شکل گرفت. درآن هنگام سنگ های تشکیل دهنده زمین به قدری محکم به هم کوبیده می شدند کهذوب و با هم یکی شدند.
حدود ۳/۴ میلیارد سال پیش وقتی که زمین دیگر پیوسته زیر ضربه های سنگ هایعظیم فضای بیرونی قرار نداشت، ماگمای سرد و شکل گیری پوسته قاره یی آغازشد. بخار آب اتمسفر باریدن گرفت و روی سطح زمین جوان، اقیانوس هایی را بهوجود آورد. پس از این احتمالاً چندان طول نکشید تا حیات پدید آید.

زمین

به نظر می رسد آن سرشت داغ روزهای نخستین سیاره مان، خود را در درخت حیاتنمایان ساخته است؛ کهن ترین شاخه های درخت حیات ترموفیل ها غگرمادوست هافهستند، میکروب هایی که در دماهای بالاتر از ۵۰ درجه سلسیوس (۱۲۲ درجهفارنهایت) یا گرم تر از آن هم دوام می آورند. امروزه این اشکال حیات تکسلولی را می توان در منفذهای آتشفشانی زیر دریا یا در آبفشان های در حالبخار (مشابه آنهایی که در پارک ملی یلواستون هستند) یافت.
اما درباره دمای زمین در سرآغاز شکل گیری حیات همچنان تردیدهایی باقیمانده است، از جمله اینکه آیا ترموفیل ها واقعاً نماینده نخستینزیستمندانی هستند که روی سیاره ما نمایان شده است.
دانشمندان برای چشم دوختن به گذشته، به کهن ترین سنگ ها می نگرند. سنگ هامی توانند به ما بگویند چه نوع گازهایی اتمسفر را تشکیل دادند و ازارتباطات متقابل شیمیایی که در محیط رخ می داد، خبر دهند. متاسفانه اکثرسنگ های سیاره ما برای همیشه دگرگون شده اند و تاریخ شان پاک شده است.صفحات تکتونیکی که پوسته سیاره را می سازند، به هم کوفته می شوند تا کوهها را بسازند و زیر یکدیگر فرو می روند تا بار دیگر ذوب شوند. با این حالبرخی سنگ ها به خاطر وضعیت جغرافیایی شان، این بخت را دارند که از اینبرنامه بازچرخ و تدفین سنگ کنار بمانند.
گرینلند کهن ترین سنگ های رسوبی را دارد که تاریخ شان تا ۸/۳ میلیارد سالپیش هم برمی گردد. به تازگی سنگ هایی در کانادا یافت شده اند که تاریخ شانبه ۷۵/۳ میلیارد سال پیش برمی گردد، درحالی که استرالیا و آفریقای جنوبیسنگ های ۵/۳ میلیارد ساله دارند. (گنیس های آتشفشانی ۴ میلیارد ساله درشمال غربی کانادا قدیمی ترین سنگ ها هستند، اما سنگ هایی که در زیر یکآتشفشان شکل گرفته اند نمی توانند چیز چندانی درباره محیط سطحی به مابگویند. سنگ های رسوبی از انباشته شدن تدریجی لایه های خاک ساخته می شوندو علاوه بر آن فسیل هایی که درون این لایه ها به دام می افتند، از این کهمحیط چه شکلی بوده است تصویر بهتری ارائه می دهند.)
دانشمندان مشغول بررسی این سنگ ها هستند تا بهتر بفهمند سرد شدن زمین کی وچگونه آغاز شده است. با این وجود، اقلیم یک پدیده پیچیده است و عواملبسیاری می توانند بر آن اثر بگذارند. دانشمندانی که به جنبه های مختلفپیشینه سنگ می نگرند، اغلب درباره گذشته دچار اختلاف نظر می شوند. خورشیدحدود ۴ میلیارد سال پیش یک ستاره کم فروغ و جوان بود و بنابر این زمینپرتوهای کمتری از خورشید دریافت می کرد. با این حال دمای یک سیاره بهچیزهایی بیش از ستاره یی که به دورش می گردد، بستگی دارد. دمای سطحی زهره،سیاره همسایه ما، به بیش از ۴۰۰ درجه سلسیوس (۸۰۰ درجه فارنهایت) می رسد.گرچه زهره از زمین به خورشید نزدیک تر است، اما دلیل اصلی اقلیم داغ آن بهاتمسفر ضخیم و گلخانه یی زهره برمی گردد که گرما را به دام می اندازد.
مدل های نظری نشان می دهند که اتمسفر ابتدایی زمین از گازهای گلخانه ییمثل دی اکسیدکربن، متان و بخار آب و علاوه برآنها از هیدروژن و نیتروژنتشکیل شده بود. این اتمسفر متراکم می توانست زمین را سوزان و داغ نگهدارد. پس از این نقطه، دیگر دانش ما درباره تغییرات اقلیمی پیش آمده بهاندازه خود اتمسفر مبهم و مه آلود است. برخی دانشمندان مثل «نورم اسلیپ»از دانشگاه استنفورد فکر می کنند که زمین ابتدایی به خاطر تاثیر حرکت هایتکتونیکی به سرعت سرد شد. مواد معدنی کربناتی (که در نتیجه سطوح بالای دیاکسیدکربن در آب و اتمسفر شکل گرفتند) مدفون شدند و مقدار عظیمی از کربنرا از چرخه حذف کردند و سبب تشکیل اتمسفری با دی اکسیدکربن کمتر شدند.مقادیر کمتر این گاز گلخانه یی می توانست باعث سرد شدن سریع شود تا زمانیکه دماها به میانگین دمای متعادل ۳۰ درجه سلسیوس (۸۶ درجه فارنهایت)برسند. در واقع «اسلیپ» فکر می کند مقدار ابتدایی دی اکسیدکربن به قدری کمبود که زمین کهن در زمان های مختلف به یک گوی برفی تبدیل شده است، بهعبارت دیگر زمین به قدری سرد شد که سیاره ما تقریباً به طور کامل با پوستهیی از یخ پوشانده شده است.
دیگر دانشمندان مثل «دیوید شوارتزمن» از دانشگاه هاروارد عقیده دارند کهزمین ابتدایی داغ باقی مانده است. «شوارتزمن» فکر می کند حرکات تکتونیکیتمام کربن را مدفون نساخته است.
در عوض او می گوید که دی اکسیدکربن برای مدتی طولانی یک عامل اقلیمی مهمباقی ماند و زمین را تا ۵/۱ میلیارد سال پیش برشته نگه داشته است، بادمایی که به طور متوسط بین ۵۰ تا ۷۰ درجه سلسیوس (۱۲۲ تا ۱۵۸ فارنهایت)قرار داشت.
«شوارتزمن» در این باره می گوید؛ «تا ۸/۲ میلیارد سال پیش فشار دیاکسیدکربن حداقل یک «بار» (bar) بود که ده هزار برابر مقدار کنونی است.»حول وحوش آن زمان ساینوباکتری ها و دیگر اشکال حیات میکروبی تکثیر شدند ومکش مقادیر عظیم کربن را شروع کردند. پس از آن متان، که توسط بخشی از اینحیات میکروبی در حال رشد تولید شده بود، به گاز غالب تبدیل شد. فراوانیمتان نسبت به دی اکسیدکربن یک دهم یا کمتر بود و بعد به گفته «شوارتزمن»؛«اما همان طور که امروز از گرمایش جهانی می دانیم متان، کمش هم خیلی زیاداست. متان همچنان تا ۳/۲ میلیارد سال پیش زمین را گرم نگه داشت، اما پس ازآن بود که گاز پسماند تولیدشده توسط ساینوباکتری ها تاثیر بزرگ خود را کمکم شروع کرد. این گاز پسماند، اکسیژن بود و به کندی طی میلیون ها سالساخته شد. اکسیژن به متان واکنش داد و با افت مقدار متان، افت دما هم آغازشد.»وی در ادامه می گوید؛ «دوره های کوتاهی از سرما در خلال روند سراسریگرما رخ داد. یک دوره یخبندان حدود ۹/۲ میلیارد سال و یکی دیگر در ۳/۲میلیارد سال پیش.»«شوارتزمن» هر دو این یخبندان ها را به افزایش اکسیژن دراتمسفر نسبت می دهد. پس از نخستین یخبندان، دما دوباره به حالت اول بازگشتتا دوباره افت های کوتاه مدت اما شدیدی را در سال های بعد تجربه کند. رونداقلیمی گرمای سراسری در نهایت زمانی به پایان رسید که اکسیژن آزاد، یافتنعناصری برای واکنش را متوقف ساخت و سطوح اکسیژن اتمسفر تازه به پایداری میرسید.«جیم کاستینگ» از دانشگاه ایالتی «پن» دیدگاه متفاوتی دارد. غیرازسناریوی «شوارتزمن» درباره دوره داغ طولانی و در پی آن سرمای نسبتاً تازهیا افت ناگهانی و زودرس دما در سناریوی «اسلیپ»، «کاستینگ» فکر می کند کهسرد شدن زمین تدریجی تر بوده است. او می گوید زمین سوزان ابتدایی حدود ۴میلیارد سال پیش سرد شدن را شروع کرد و به لطف دفن کربن در تکتونیک ها، بهقدر کافی سرد شده که در ۹/۲ میلیارد سال پیش یخچال ها توسعه یابند.
دانشمندان درباره نشانه های مختلف پیشینه سنگی در دماهای گذشته بحث میکنند. آنها درباره نسبت ایزوتوپ های اکسیژن در زمان زمین شناختی، سرعت دفنتکتونیک ها، دگرگونی سیلیس غاکسید سیلیسیمف، اثر زیست شناختی بر سرعتفرسایش و دیگر فرآیندهای مختلف و پیچیده و غالباً مربوط به هم به بحث میپردازند که چیزی بسیار ساده مانند سنگ را به رونوشتی مخدوش از راز تاریخیتبدیل می کند. برای اخترزیست شناسان پرسش نهایی درباره اقلیم ابتدایی زمیناین است؛ برای پیدایش حیات چه دمایی لازم بود؟ شاید هم این باشد؛ آیا حیاتمی توانست در بسیاری از وضعیت های دمایی مختلف رخ دهد؟ بسیاری ازدانشمندان، از جمله «شوارتزمن»، تصور می کنند حیات روی زمین در منافذهیدروترمال غگرما-آبیف فوق العاده داغ در کف اقیانوس ها شکل گرفت. در حالیکه طبیعت ریشه دار ترموفیل ها غگرمادوست هاف در درخت حیات پشتوانه یی بهاین نظر می دهد، اما برخی دانشمندان اشاره می کنند که ساختار آسیب پذیرحیات( مثل پروتئین ها و مولکول های DNA) اغلب در دماهای بالا از هم فرومیپاشد. در ضمن «اسلیپ» تصور می کند حیات احتمالاً تحت شرایط سرما پدید آمدهاست، جایی که چرخه های یخ زدگی- آب شدگی عدم تعادل پرانرژی لازم را ایجادمی کند. با این حال به باور «کاستینگ» حیات به احتمال زیاد در دماهایمتوسط شکل گرفت؛ پس از آنکه زمین چندین تïن ماده آلی پیچیده را ازبرخوردهای دنباله دار و شهاب دریافت داشت.شاید پاسخ پرسش درباره دماهایابتدایی زمین (و حیات) در خود حیات یافت شوند.
در گزارشی که به تازگی در نشریه نیچر منتشر شد، دانشمندان پروتئین هایباکتری های کهن را برای سنجش اتمسفر زمین طی اعصار گذشته، بازسازی کردند.آنها با مقایسه حساسیت گرمایی پروتئین های بازسازی شده دریافتند کهزیستمندان در ۵/۳ میلیارد سال پیش در محیطی داغ در ۷۵ درجه سلسیوس (۱۶۵درجه فارنهایت) می زیسته است و این محیط تا ۵۰۰ میلیون سال پیش به تدریجتا ۴۰ درجه سلسیوس (۱۰۰ درجه فارنهایت) سرد شده است.«اریک گاوچر» رئیستحقیق علمی در تکامل مولکولی کاربردی در گانس ویل فلوریدا و دانشمند ارشداین پژوهش می گوید؛ «با بررسی پروتئین هایی که توسط این ژن های آغازیرمزگذاری شده اند، می توانیم اطلاعاتی درباره شرایط محیطی زمین ابتداییکسب کنیم. ژن ها برای سازش با شرایط محیطی که ارگانیسم در آن زندگی میکند، تکامل می یابند. احیای این ژن ها (که مدت ها پیش منقرض شده اند) بهما فرصت تحلیل و تشریح محیط زندگی کهن را می دهد که در زنجیره ژن ثبت شدهاست. ژن ها اصولاً رفتاری مشابه فسیل های پویا دارند.»







پایگاه اطلاع رسانی تبیان زنجان