يتجمع الماء على الطحالب. كان يُعتقد أن النباتات البرية الأولى غير وعائية ، مثل الطحالب. الائتمان: Katmai Preserve NPS Photo / Russ Taylor
أظهرت دراسة جديدة قادها باحثون في جامعة UCL (كلية لندن الجامعية) وييل ، أن وصول النباتات على الأرض قبل حوالي 400 مليون سنة قد غيّر الطريقة التي تنظم بها الأرض بشكل طبيعي مناخها.
تعمل دورة الكربون ، وهي العملية التي ينتقل من خلالها الكربون بين الصخور والمحيطات والكائنات الحية والغلاف الجوي ، كثرموستات طبيعي للأرض ، حيث تنظم درجة حرارته على مدى فترات زمنية طويلة.
في دراسة جديدة نشرت في المجلة طبيعة، نظر الباحثون في عينات من الصخور التي امتدت خلال الثلاثة مليارات سنة الماضية ووجدوا أدلة على حدوث تغيير جذري في كيفية عمل هذه الدورة منذ حوالي 400 مليون سنة ، عندما بدأت النباتات في استعمار الأرض.
على وجه التحديد ، لاحظ الباحثون تغيرًا في كيمياء مياه البحر المسجلة في الصخر ، مما يشير إلى تحول كبير في التكوين العالمي للطين – “مصنع الطين المعدني” – من المحيطات إلى اليابسة.
أخذ عينات من رواسب Ordovician (التي يبلغ عمرها 450 مليون عام) بواسطة المؤلف الأول Boriana Kalderon-Asael. الائتمان: أشلي هود
نظرًا لأن الطين المتكون في المحيط (التجوية العكسية) يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، في حين أن الطين على الأرض هو نتيجة ثانوية للتجوية الكيميائية التي تزيل ثاني أكسيد الكربون من الهواء ، وهذا يقلل من كمية الكربون في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى كوكب أكثر برودة ومناخًا متأرجحًا ، مع فترات جليدية متناوبة وفترات أكثر دفئًا.
اقترح الباحثون أن سبب التبديل هو انتشار النباتات الأرضية التي تحافظ على التربة والطين على الأرض ، وتوقف انجراف الكربون إلى المحيط ، ونمو الحياة البحرية باستخدام السيليكون لهياكلها العظمية وجدرانها الخلوية ، مثل الإسفنج ، المنفردة. الطحالب الخلوية والأشعة المشعة (مجموعة من الأوليات) ، مما يؤدي إلى انخفاض في السيليكون في مياه البحر اللازمة لتكوين الطين.
قال المؤلف الكبير الدكتور فيليب بوج فون ستراندمان (UCL Earth Sciences): “تشير دراستنا إلى أن دورة الكربون تعمل بطريقة مختلفة تمامًا عن معظم تاريخ الأرض مقارنةً باليوم الحالي.
“يبدو أن التحول ، الذي حدث تدريجيًا منذ 400 إلى 500 مليون سنة ، مرتبط بابتكارين بيولوجيين رئيسيين في ذلك الوقت: انتشار النباتات على الأرض ونمو الكائنات البحرية التي تستخرج السيليكون من الماء لإنشاء هياكلها العظمية و جدران الخلايا.
قبل هذا التغيير ، ظل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مرتفعًا ، مما أدى إلى استقرار مناخ الاحتباس الحراري. منذ ذلك الحين ، ارتد مناخنا ذهابًا وإيابًا بين العصور الجليدية والفترات الأكثر دفئًا. هذا النوع من التغيير يعزز التطور وخلال هذه الفترة تسارع تطور الحياة المعقدة ، مع تشكل الحيوانات البرية لأول مرة.
“الغلاف الجوي الأقل ثراءً بالكربون هو أيضًا أكثر حساسية للتغيير ، مما يسمح للبشر بالتأثير على المناخ بسهولة أكبر من خلال حرق الوقود الأحفوري.”
قالت المؤلفة الأولى بوريانا كالديرون أسيل ، طالبة دكتوراه في جامعة ييل: “بقياس نظائر الليثيوم في الصخور التي تغطي معظم تاريخ الأرض ، كنا نهدف إلى التحقق مما إذا كان أي شيء قد تغير في أداء دورة الكربون على مدى فترة زمنية كبيرة. وجدنا أنه كان كذلك ، ويبدو أن هذا التغيير مرتبط بنمو الحياة النباتية على الأرض والحياة الحيوانية التي تستخدم السيليكون في البحر “.
في الدراسة ، قاس الباحثون نظائر الليثيوم في 600 عينة من الصخور المأخوذة من العديد من المواقع المختلفة حول العالم. يحتوي الليثيوم على نظيرين مستقرين موجودان بشكل طبيعي – أحدهما به ثلاثة بروتونات وثلاثة نيوترونات ، والآخر به ثلاثة بروتونات وأربعة نيوترونات.
عندما يتشكل الطين ببطء على الأرض ، فإنه يفضل بشدة الليثيوم 6 ، تاركًا المياه المحيطة غنية بالنظير الأثقل ، وهو الليثيوم 7. عند تحليل عيناتهم باستخدام مقياس الطيف الكتلي ، وجد الباحثون ارتفاعًا في مستويات نظير الليثيوم -7 في مياه البحر المسجلة في الصخور التي حدثت قبل 400 و 500 مليون سنة ، مما يشير إلى حدوث تحول كبير في إنتاج الطين على الأرض بالتزامن مع انتشار النباتات على الأرض وظهور الحياة البحرية باستخدام السيليكون.
يتشكل الطين على الأرض كبقايا للعوامل الجوية الكيميائية ، وهي العملية الأولية طويلة الأجل التي يتم من خلالها إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. يحدث هذا عندما يتحد الكربون الموجود في الغلاف الجوي مع الماء لتكوين حامض ضعيف ، وهو حمض الكربونيك ، الذي يسقط على الأرض على شكل مطر ويذوب الصخور ، ويطلق أيونات بما في ذلك أيونات الكالسيوم التي تتدفق إلى المحيط. في النهاية ، يتم حبس الكربون في الصخور في قاع المحيط. في المقابل ، يتم إبطال سحب الكربون عن طريق التمثيل الضوئي للنبات بمجرد أن تتحلل النباتات ، ونادرًا ما يؤثر على مستويات ثاني أكسيد الكربون على فترات زمنية أطول من بضع مئات من السنين.
عندما يتشكل الطين في المحيط ، يبقى الكربون في الماء ويتم إطلاقه في النهاية في الهواء كجزء من التبادل المستمر للكربون الذي يحدث عندما يلتقي الهواء بالماء.
المرجع: “منظور الليثيوم-نظائر حول تطور دورات الكربون والسيليكون” بقلم بوريانا كالديرون-أسيل ، يواكيم إيه آر كاتشينوف ، نوح ج.بلانافسكي ، آشلي ضد إس. هود ، ماتيو ديلينجر ، إريك جي بيلفرويد ، ديفيد س. جونز ، أكسيل هوفمان ، فرانتز أوسا أوسا ، فرانسيس إيه ماكدونالد ، تشونجيانج وانج ، تيري تي إيسون ، جاك جي مورفي ، جون إيه هيغينز ، إيه جوشوا ويست ، مالكولم دبليو والاس ، دان أسيل وفيليب إيه إي بوج فون ستراندمان ، 14 يوليو 2021 ، طبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03612-1
تلقت الدراسة دعمًا من مجلس البحوث الأوروبي ووكالة ناسا.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
