معلومة

تاريخ الأرض: حدث الأكسدة العظيم و "المليار الممل"

تاريخ الأرض: حدث الأكسدة العظيم و


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

مما أفهمه ، حدث "حدث الأكسدة العظيم" منذ حوالي 2.4 مليار - 2.3 مليار سنة ، عندما غمرت البكتيريا الزرقاء الغلاف الجوي للأرض بالأكسجين.

كانت فترة "المليار الممل" منذ حوالي 1.8 مليار سنة ، حيث يُعتقد أنه لم يتغير كثيرًا على كوكب الأرض. يُعتقد أن مستويات الأكسجين المنخفضة كانت 1-40 ٪ من مستويات الأكسجين الحديثة خلال هذا الوقت.

لماذا انتقل الغلاف الجوي من "مغمور بالأكسجين" إلى 1-40٪ من مستويات الأكسجين الحديثة. هل كان ذلك بسبب تسطح معدل دفن مادة الكربون العضوية المتحللة تحت الرواسب البحرية خلال حقبة ميزوبروتيروزويك؟


ربما ينشأ سؤالك من سوء فهم فيما يتعلق باستعارة "الفيضان". لن أفترض أن "غمر الغلاف الجوي للأرض بالأكسجين" يعني الكثير من الأكسجين في المقام الأول ... الاستعارة تعني أن مستويات الأكسجين ارتفعت من الغائب أساسًا إلى الملحوظ.

إذا نظرت إلى تاريخ الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض ، فسترى أ الاتجاه العام للزيادة التدريجية مع طور ثابت دائم 1GY (هولندا (2006) ، الصورة مأخوذة من مقال ويكيبيديا المرتبط أعلاه - الخطوط الحمراء والخضراء هي تقديرات عليا وسفلى ، على التوالي):

بعد الأكسجة الأولية في الغلاف الجوي حوالي 2.5 GYa ، يغرق الأكسجين على الأرض (بشكل رئيسي المحيطات ، بعد ذلك تم ملء اليابسة وطبقة الأوزون) و عازلة مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي ، وإبقائها منخفضة. بمجرد تشبع تلك الأحواض (حوالي 850 مليون سنة) ، بدأ الغلاف الجوي يتأكسد بسرعة.

إن تركيز الأكسجين الثابت (أو كما هو موضح أدناه: انخفاض) ناتج عن هذه الأحواض. لم يكن الأكسجين الناتج عن عملية التمثيل الضوئي متاحًا لكائنات الأرض لأنه لم يكن موجودًا في الغلاف الجوي.

كما يشيرGerardoFurtado في التعليق ، لا تزال طرائق المرحلة الثابتة موضع نقاش. مراجعة بواسطة Lyons et al. (2014) يقدم دليلاً على أنه بعد الزيادة الأولية في مستويات الأكسجين ، سبقت انخفاض في الأكسجين الجوي المرحلة الثابتة (انظر الشكل 1 ، المربعات الزرقاء). هذا لا يتغير كثيرًا مثل المرحلة الثابتة المستنبطة حديثًا ، على الرغم من أنه من المحتمل مرحلة ثابتة أكثر تقلبًا مما اقترحته هولندا (2006)، لا يزال أعلى مما كان عليه قبل حدث الأكسدة الكبير وأقل مما هو عليه الآن.

تبقى الاستنتاجات الرئيسية كما هي: هناك دليل على أن التطور الذي يبدو بطيئًا 2-1 GYa ربما كان بسبب محدودية الأكسجين وتم تخزين مستويات الأكسجين عن طريق أحواض الأكسجين. تم تحديد التغيير في تركيز الأكسجين من خلال كل من معدل إنتاج الأكسجين ومعدل تخزين الأكسجين في تلك الأحواض ؛ ال تسبب التفاعل بين هذه المعدلات في أن يظل تركيز الأكسجين ثابتًا أو ينخفض ​​أو يرتفع أحيانًا ، أي متقلبًا.


ربما إدخال أي كمية من الأكسجين غيرت توافر المغذيات. لقد تطور منتجو الأكسجين في ظروف منخفضة / معدومة من الأكسجين ، ولم يكن من الممكن حدوث حدث الأوكسجين الكبير إلا عندما وصلوا إلى الكتلة الحرجة.

بمجرد حدوث ذلك ، كان هناك نقص في العناصر الغذائية التي كانت قابلة للذوبان ومتوفرة: على وجه التحديد الحديد والنيتروجين المنخفض.

Fe2 + قابل للذوبان ، ولذا قبل حدث الأوكسجين ، ربما كان هناك القليل من الانزلاق. بمجرد وصول الأكسجين ، تحول الحديد إلى Fe3 + وكان الحصول عليه أكثر صعوبة. https://www.princeton.edu/~cebic/ironIIvsIII.html

لا يزال الحديد يحد من النمو في مناطق واسعة من المحيطات المفتوحة ، كما يتضح من هذه التجربة التي تكمل المحيطات المفتوحة بالحديد. http://www.nytimes.com/2012/10/19/science/earth/iron-dumping-experiment-in-pacific-alarms-marine-experts.html

النيتروجين هو المغذيات الأخرى التي تغير توافرها.
إن الإنزيم القديم الذي تستخدمه مثبتات النيتروجين يتسمم بالأكسجين ، وبمجرد وجود الأكسجين ، انخفض نشاط هذه الكائنات الحية بلا شك ، ومعه ، توفر النيتروجين المنخفض. سيكون نقص الحديد بمثابة ضربة مزدوجة لمثبتات النيتروجين التي يحتاج فيها الإنزيم إلى الحديد.

لذلك: ربما حدث المليار الممل لأن الجوع الناجم عن الأكسجين أعاق تكاثر الكائنات الحية ، ومع الانتشار المنخفض لديك فرص أقل لتطوير شيء جديد.


فرصة سنوبول في الأرض وعلامات الحياة المبكرة

DNDXCB منظر للأرض قبل 650 مليون سنة أثناء التجلد الماريني. الائتمان: جامعة سانت أندروز

يساعد بحث جديد بقيادة جامعة سانت أندروز في الإجابة عن أحد الأسئلة الأكثر شيوعًا في علم الأرض ، متى بدأت الأرض تصبح صالحة للسكن في حياة معقدة؟

البحث ، بقيادة كلية علوم الأرض والبيئة ، ونشر في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) اليوم هذا من خلال تحديد أيهما جاء أولاً ، حدث الأكسدة العظيم (GOE) أو فترة كرة الثلج في العصر القديم. يعد التوقيت النسبي لهذه الأحداث العالمية أمرًا محوريًا لفهم التغيرات في تكوين الغلاف الجوي والظروف المناخية ، وكيف بدأت العلامات الأولى للحياة على الأرض.

في وقت مبكر من تاريخ الأرض ، كان الغلاف الجوي يفتقر إلى الأكسجين وبالتالي كان من الممكن أن يكون معاديًا لكثير من الحياة التي تغطي الكوكب اليوم. لأكثر من نصف قرن ، حاول علماء الجيولوجيا تحديد متى بدأت مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي في الارتفاع ، مما سمح للأرض بأن تصبح أكثر قابلية للسكن لحياة معقدة ومتعددة الخلايا. كان الإجماع العلمي هو أن أول ارتفاع ملحوظ في الأكسجين حدث خلال حدث الأكسدة العظيم (GOE) ، في وقت ما بين 2.4 و 2.3 مليار سنة.

تُظهر الصخور من كندا وجنوب إفريقيا وروسيا وأماكن أخرى ، المرتبطة بهذه الحكومة المصرية ، حدوث تجلد عالمي كبير. تشير الدلائل الجيولوجية إلى أن الصفائح الجليدية امتدت إلى المناطق المدارية فيما أطلق عليه حدث "كرة الثلج الأرضية". لكن ما بقي غير واضح هو التوقيت النسبي لهذه الأحداث.

تحتوي البلورات الذهبية من كبريتيد الحديد - البيريت - على معلومات حول الغلاف الجوي للأرض منذ حوالي 2.5 مليار سنة. الائتمان: ماثيو روبرت وارك

ركز فريق الباحثين على تحديد توقيت GOE من خلال فحص مجموعة من نوى الحفر من شمال غرب روسيا (Fennoscandia) ، والتي تم جمعها كجزء من برنامج الحفر الدولي FAR-DEEP. درس العلماء اثنين من التكوينات الصخرية ، تكوين Seidorechka الرسوبية الأقدم وتشكيل Polisarka الرسوبي الأصغر.

أجرى الفريق تحليل نظائر الكبريت لتحديد محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي الذي من المحتمل أن يكون في وقت ترسب كل سلسلة صخرية. وقد تطلب ذلك تطوير تقنية تحليلية جديدة قادرة على تحليل جميع النظائر الأربعة الثابتة للكبريت بدقة عالية. نتيجة لذلك ، تمتلك جامعة St Andrews الآن المختبر الوحيد في المملكة المتحدة الذي يتمتع بهذه الإمكانية والمختبر الثاني فقط في العالم لتطوير هذه الطريقة المعينة.

سمحت التغييرات في الكميات النسبية لكل نظير من نظائر الكبريت في العينات للفريق بتحديد ما إذا كانت نظائر الكبريت في هذه الصخور تتبع نسبة يمكن التنبؤ بها ، أو التجزئة المعتمدة على الكتلة أو MDF ، أو ما إذا كانت تفشل في اتباع نسبة يمكن التنبؤ بها ، مما يشير إلى كتلة مستقلة تجزئة أو MIF. من الممكن فقط إنتاج الكبريت والحفاظ عليه في جو يفتقر إلى كمية كبيرة من الأكسجين عندما ترتفع مستويات الأكسجين ، ويتولى الكبريت MDF. لذلك ، فإن العلامة الشائعة لـ GOE هي هذا الانتقال من MIF إلى MDF في سجل الصخور.

تم فحص أكثر من 250 مترًا من قلب الحفر في مستودع المسح الجيولوجي للنرويج في تروندهايم ، النرويج. الائتمان: ماثيو روبرت وارك

وجد التحليل أن التكوين الرسوبي الأقدم Seidorechka يحافظ على الكبريت MIF لكن تكوين Polisarka الرسوبي الأصغر يحافظ على ظروف الكبريت MDF. وهذا يعني أن الحكومة المصرية قد حدثت في وقت ما بين ترسيب هاتين الخلافة الصخرية. باستخدام قيود العمر المنشورة سابقًا ، خلص الباحثون إلى أن الحكومة المصرية يجب أن تكون قد حدثت قبل 2.50 و 2.43 مليار سنة. هذا عمر أكبر بالنسبة للحكومة المصرية والذي كان يُعتقد سابقًا أنه حدث منذ 2.48 إلى 2.39 مليار سنة ويقيد فترة زمنية أضيق تبلغ حوالي 70 مليون سنة يمكن أن تحدث فيها.

قال كبير العلماء ، الدكتور ماثيو وارك ، من كلية الأرض وعلوم البيئة: "يسمح لنا بحثنا أن نقول بشكل قاطع أن GOE سبقت أول كرة ثلجية للأرض في التاريخ ، حيث يُعتقد أن هذا الأخير قد حدث حوالي 2.42 مليار سنة وهذا يثير احتمال أن يكون ارتفاع الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض أثناء GOE قد تسبب في واحدة من أشد التكتلات الجليدية التي شهدها الكوكب على الإطلاق.

"إحدى الآليات المحتملة التي يمكن أن يحدث من خلالها هذا الأمر ، والتي تتفق مع نتائجنا وتفكيرنا الحالي ، هي أن ارتفاع مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي ربما أدى إلى زعزعة استقرار دفيئة يسيطر عليها غاز الميثان ، مما تسبب في انخفاض درجات الحرارة السطحية بسرعة. ربما عملت آليات أخرى ، ولكن تستبعد نتائجنا بشكل حاسم أي آليات تستدعي حدوث تجلد كرة الثلج قبل GOE ، مما أدى إلى حل إحدى مشاكل "الدجاجة أو البيضة" التي طال أمدها في تاريخ الأرض ".


خيارات الوصول

احصل على حق الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


لماذا كانت الأرض مليئة بالسموم والمملة؟

منذ ما يقرب من ملياري عام ، جاء التطور بحالة محيرة من البلاهة. على مدى دهور تقريبًا ، تغيرت الحياة على الأرض ولكن بشكل طفيف ، تهيمن عليها الميكروبات القوية في المحيطات المتعطشة للأكسجين. ألهمت الرتابة المطلقة للسجل الجيولوجي لهذه الفترة العلماء لتلقبها بالمليار الممل. يقول أندرو نول ، أستاذ التاريخ الطبيعي وعلوم الأرض والكواكب في جامعة هارفارد ، إن هذا اللقب غير عادل.

خلال فترة Boring Billion ، كانت محيطات الكوكب خفيفة على الأكسجين وثقيلة على كبريتيد الهيدروجين السام. كيف كانت الحياة في ظل هذه الظروف القاسية؟

قد تكون معظم الكتلة الحيوية في المحيطات من البكتيريا والعتائق [نوع آخر من الكائنات الحية الميكروبية التي تعيش غالبًا في البيئات القاسية]. ربما كان هذا هو العصر الذهبي للبكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي في غياب الأكسجين ، باستخدام كبريتيد الهيدروجين بدلاً من الماء. كانت بعض البكتيريا أحادية الخلية والبعض الآخر عبارة عن خيوط أو صفائح متعددة الخلايا. لدينا أيضًا دليل على وجود حصائر جرثومية. لقد كان لديك للتو سلايم فوق قاع البحر. في هذه الفترة ، نبدأ في الحصول على أدلة أحفورية لكائنات حقيقية النواة - أشياء لها نواة خلية ، مثلنا. لكن لا يوجد تنوع كبير منهم. حقيقيات النوى ، في أحسن الأحوال ، تلعب دورًا محدودًا نوعًا ما.

كيف حصل الكوكب على هذا النحو؟

خلال أول ملياري سنة من تاريخ الأرض ، لم يكن هناك أكسجين في الغلاف الجوي أو المحيطات. بدأ ذلك يتغير منذ حوالي 2.4 مليار سنة. أفضل فكرة ، من دون كانفيلد [من جامعة جنوب الدنمارك] ، هي أن تراكم القليل من الأكسجين في الغلاف الجوي يتسبب في أكسدة معادن بيريت الحديد في القارات وتشكيل الكبريتات. تحمل الأنهار الكبريتات إلى المحيط ، حيث تقوم بكتيريا معينة بتحويلها إلى كبريتيد الهيدروجين.

قبل حوالي 1.8 مليار سنة ، بدأنا في رؤية المحيطات التي كان السطح فيها يحتوي على القليل من الأكسجين ، ولكن تحت السطح مباشرة كنت ستواجه كبريتيد بانتظام ولكن لا يوجد أكسجين. جنبًا إلى جنب مع زملائي ديف جونستون وآن بيرسون من جامعة هارفارد وفيليسا وولف سيمون من وكالة ناسا ، أفترض أن دورات التغذية الراجعة البيولوجية ، بما في ذلك تلك التي تتضمن عملية التمثيل الضوئي القائمة على الكبريتيد ، تميل إلى الحفاظ على هذا العالم حيث تظل مستويات الأكسجين منخفضة وعالية الكبريتيد [من أجل مليار سنة "مملة" القادمة]. خلال هذا الوقت ، تكون البكتيريا التي يمكنها استخدام كبريتيد الهيدروجين في عملية التمثيل الضوئي سعيدة مثل المحار. لكن الكبريتيد سام بشكل عام لحقيقيات النوى - ومعظمها يحتوي على الميتوكوندريا [الهياكل داخل الخلايا التي تنتج الطاقة] - لأنه يعيق قدرتها على التنفس. لذلك كان من الممكن أن تؤدي هذه الظروف إلى كبح تمدد الخلايا حقيقية النواة.

كيف تعرف حتى ما كان يعيش منذ زمن بعيد؟

أنت تبحث عن صخور ذات عمر مناسب يمكننا تحديدها بقياس نظائر اليورانيوم المشعة ومنتجاتها في الصخور البركانية المتناثرة معها ، ودراسة تركيبها. هناك يمكنك أن تجد أحافير الجسم الفعلية ، والتي يمكن الحفاظ عليها بشكل جميل. توجد أيضًا جزيئات عضوية محفوظة في الصخور الرسوبية. لا يتم الحفاظ على الحمض النووي والبروتينات بشكل جيد ، ولكن الدهون [الجزيئات الدهنية] تفعل ذلك ، ويمكننا تحديد الكائنات الحية المختلفة من خلال الدهون المميزة. نحن نبحث أيضًا عن حفريات الهياكل المسماة ستروماتوليت ، وهي شعاب مرجانية بنتها المجتمعات الميكروبية. يخبرنا هؤلاء كثيرًا عن توزيع الحياة في قاع البحر.

إذا كانت الظروف رائعة جدًا بالنسبة للبكتيريا المحبة للكبريت في ذلك الوقت ، فلماذا لم تتطور إلى تعقيد أكبر؟

ربما تفتقر الكائنات بدائية النواة - البكتيريا والعتائق - إلى التركيب الجيني للقيام بذلك. تمتلك الخلايا حقيقية النواة نمطًا معقدًا جدًا من التنظيم الجيني ، وهو أكثر تعقيدًا بكثير من النظام المماثل في البكتيريا. يسمح للخلايا حقيقية النواة بالتطور إلى كائنات متعددة الخلايا لها تباين هيكلي ووظيفي ملحوظ. كانت البكتيريا موجودة منذ ما يقرب من 4 مليارات سنة ، ومع ذلك لم تتطور أبدًا إلى تعقيد متعدد الخلايا يقترب في أي مكان مما تطورت حقيقيات النوى - لا شيء مثل الإسفنج ، ناهيك عن الإنسان.

كيف يمكنك التحقق من صورتك للحياة خلال المليار الممل؟

تعتمد فكرة أن التمثيل الضوئي القائم على الكبريتيد كان مهمًا خلال Boring Billion على مجموعة بيانات محدودة واحدة من نوى الحفر في شمال أستراليا تُظهر جزيئات الصباغ المرتبطة بالبكتيريا التي تستخدم الكبريتيد. نتوقع أنه عندما يقوم الناس بعمل أكثر شمولاً في تقييم المادة العضوية في صخور هذا العصر ، فإنهم سيرون توزيعًا أوسع لهذه الأحافير الجزيئية.

بعد سنوات عديدة من الركود ، كيف عاد التطور مرة أخرى؟

يعتقد الكثير من الناس أن التكتونية هي ما أدخل الحياة في عالم مختلف. ترى بعض التغيير التكتوني خلال Boring Billion ، لكن ليس لديك نوع من الاصطدامات القارية بالجملة التي واجهتها قبل أن تبدأ وعندما تنتهي. قد يكون هذا الانقسام القاري مصحوبًا بزيادة كبيرة في نشاط الفتحات الحرارية المائية ، والتي تنتج كميات كبيرة من الحديد. إذا كانت المياه الجوفية الغنية بالكبريتيد تشكل تحديًا مستمرًا للكائنات حقيقية النواة ، فإن التحول إلى المياه الجوفية الغنية بالحديد من شأنه أن يزيل هذا التحدي.

مع إغلاق Boring Billion ، تحدث الأشياء حقًا. تظهر الأدلة الجيوكيميائية أننا بدأنا في فقدان المياه الكبريتية منذ حوالي 800 مليون سنة. في الوقت نفسه ، يخبرنا علم الأحافير أن حقيقيات النوى تتنوع وتتوسع في مساحات شاسعة من المحيط. تشير الأدلة الجزيئية إلى أن الحيوانات تبدأ في التمايز في ذلك الوقت.

هناك الآن تقلبات كبيرة في دورة الكربون لم يسبق لها مثيل. لدينا العديد من الكتل الجليدية ، يبدو أن اثنتين منها على الأقل غطتا العالم إلى حد كبير. ولدينا ارتفاع في الأكسجين ، بحيث يصبح لدينا عالم يشبه إلى حد كبير العالم الذي نعرفه. 300 مليون سنة بعد نهاية المليار الممل هي على الأرجح أكثر 300 مليون سنة مليئة بالأحداث في تاريخ كوكبنا.

هل يمكن أن تقول أن تسميتها المليار الممل تبيع هذه الفترة على المكشوف؟

كثير جدا هكذا. أحد الأسباب هو أن فهم استقرار الفاصل الزمني قد يكون أكثر صعوبة من فهم التغيير الذي نراه قبله وبعده. ونعلم أنه لم يكن ذلك التطور قد توقف. في الواقع ، هناك سبب للاعتقاد بأن جميع خصائص بيولوجيا الخلية التي جعلت الحياة المعقدة ممكنة في العصر الجيولوجي التالي قد تم وضعها هنا: الهياكل الخلوية التي تسمح للخلايا حقيقية النواة بتغيير الشكل ، وقطبية الخلية التي تسمح للخلايا بإرسال جزيء رسالة إلى جانب واحد من الخلية دون الآخر ، والتفاعل مع الخلايا القريبة. تجذرت الدوائر الجزيئية والكلام المتقاطع الذي يسمح للكائنات الحية المعقدة مثلنا بالوجود اليوم في ما يسمى المليار الممل.

لقد أظهرت مؤخرًا أن المحيطات بها وفرة من الكبريتيد ونقصًا في الأكسجين خلال فترة لاحقة أيضًا ، منذ حوالي 500 مليون سنة. ثم تباطأ التطور أيضًا. هل هذا نمط منتظم؟

نعم ، لكنها أقل تكرارا. إذا نظرت إلى الـ 65 مليون سنة الماضية ، في ما يسمى عصر حقب الحياة الحديثة ، لا أعتقد أن هناك أي أمثلة لاستنفاد الأكسجين تحت السطحي على نطاق واسع على مستوى العالم. في الحقبة السابقة ، الدهر الوسيط ، من 65 إلى 250 مليون سنة مضت ، كان هناك ستة أو سبعة أحداث نقص الأكسجين في المحيطات. كانت الصدمات قصيرة وحادة. بالعودة إلى أبعد من ذلك ، في البروتيروزويك ، كانت هذه الأنواع من البيئات في كل مكان. بمرور الوقت ، ينتقل من الوجود في كل مكان إلى التكرار إلى نادر إلى الغائب - المزيد من الأدلة على أننا نعيش في وقت غير عادي في تاريخ الأرض.

أنت عضو في فريق Mars Rover العلمي. ما أوجه الشبه التي تراها بين التاريخ الجيولوجي للأرض والمريخ؟

يمكننا تطبيق ما تعلمناه عن دراسة الصخور القديمة على الأرض حتى المريخ. مكّنتنا مركبات استكشاف المريخ التابعة لوكالة ناسا من فحص صخور رسوبية عمرها 3.5 إلى 4 مليارات سنة على المريخ ، بنفس الطريقة التي ندرس بها الطبقات القديمة على الأرض. لقد علمنا أن الماء السائل كان موجودًا على سطح المريخ خلال هذه الفترة ، ولكن أيضًا أن تركيبته الكيميائية وقصر مدته كان سيتحدى أي أشكال حياة معروفة. كان المريخ أكثر رطوبة في وقت مبكر جدًا من تاريخه ، لكن احتمال أن يكون كوكبًا أزرق مثل الأرض هو ، على ما أعتقد ، بعيد. كلما عرفنا المزيد عن المريخ ، بدا لي أنه كوكب مختلف تمامًا عن كوكب الأرض.


العناصر النزرة الأساسية

تعتبر العناصر النزرة الحيوية الأساسية ضرورية للحياة والتطور. وتشمل هذه الكوبالت والسيلينيوم والنحاس والزنك والموليبدينوم والفاناديوم والكادميوم. تحتاج بعض الأنواع إلى هذه العناصر النزرة للبقاء على قيد الحياة.

ترتبط العناصر بالتركيب الكيميائي للخلايا وتصبح من العناصر الغذائية الطبيعية للبقاء على قيد الحياة. الكوبالت ذرة مركزية في بنية فيتامين ب 12 ، بينما الزنك ضروري للنمو في العديد من الأنواع.

أظهر فريق البحث UTAS أنه في فترات معينة من تاريخ الأرض كانت هذه العناصر النزرة قليلة العرض (مثل فترة المليار الممل) مما أدى إلى تدهور تطوري ، بينما في فترات أخرى كانت العناصر الحيوية الأساسية في وفرة كبيرة ، مما تسبب في تغير تطوري سريع .


حدث ارتفاع الأكسجين الدائم على الأرض بعد 100 مليون سنة مما كان يعتقد

أظهر بحث جديد أن الارتفاع الدائم للأكسجين في الغلاف الجوي للأرض ، والذي أدى إلى تغيير جذري في الطبيعة اللاحقة لصلاحية الأرض للسكنى ، حدث في وقت متأخر كثيرًا عما كان يعتقد.

كما أن الدراسة ، التي أجراها فريق دولي بقيادة جامعة ليدز وتضم باحثين من جامعة كاليفورنيا - ريفرسايد ، وجامعة هارفارد ، وجامعة جنوب الدنمارك ، وجامعة سانت أندروز ، تقدم أيضًا شرحًا لبعض أكثر لقد أثرت حلقات المناخ المتطرفة على الأرض ، عندما غُطي الكوكب مرارًا وتكرارًا بالجليد.

"الآن أخيرًا لدينا قطعة الأحجية هذه." - البروفيسور سايمون بولتون ، رئيس قسم الكيمياء الحيوية وتاريخ الأرض

كانت المرة الأولى التي كان فيها الأكسجين موجودًا بشكل كبير في الغلاف الجوي منذ حوالي 2.43 مليار سنة ، وهذا يمثل بداية حدث الأكسدة العظيم - وهي فترة محورية في تاريخ الأرض & # 8217.

على الرغم من أن حدث الأكسدة العظيم أدى إلى مستويات أكسجين لا تزال أقل بكثير مما هي عليه اليوم ، إلا أنه غيّر بشكل كبير التركيب الكيميائي لسطح الكوكب ومهد الطريق للمسار اللاحق للتطور البيولوجي على الأرض ، مما أدى في النهاية إلى كوكب مزدحم مع الحياة الحيوانية.

من خلال تحليل الصخور من جنوب إفريقيا ، والتي ترسبت في المحيط في وقت حدث الأكسدة العظيم ، اكتشف الباحثون أن أكسجة الغلاف الجوي المبكرة كانت قصيرة العمر ، ولم يصبح الأكسجين سمة دائمة للغلاف الجوي إلا بعد ذلك بكثير.

قاد البحث البروفيسور سيمون بولتون ، من مدرسة الأرض والبيئة في ليدز.

قال: & # 8220 حدث الأكسدة العظيم غيّر بشكل جذري بيئة الأرض وصلاحيتها للسكن. يُعتقد أن هذه الفترة المبكرة من الأكسجة حدثت منذ حوالي 2.43 إلى 2.32 مليار سنة.

& # 8220 ومع ذلك ، أظهر بحثنا أنه ، في الواقع ، كان أكسجة الغلاف الجوي غير مستقر للغاية على مدى فترة حوالي 200 مليون سنة ، مع حدوث أكسجة دائمة في الغلاف الجوي بعد حوالي 100 مليون سنة مما كان يعتقد سابقًا. & # 8221

النتائج التي توصلوا إليها ، نشرت في المجلة طبيعة سجية، تشير أيضًا إلى وجود صلة مباشرة بين التقلبات في تركيز الأكسجين في الغلاف الجوي وتركيزات غازات الاحتباس الحراري.

قال البروفيسور أندري بيكر من جامعة كاليفورنيا ريفرسايد ، الذي شارك في تأليف الدراسة: & # 8220 هذه النتائج تساعد في تفسير أربعة تجمعات جليدية واسعة النطاق حدثت بالتزامن مع حدث الأكسدة العظيم ، والتي من المحتمل أن يكون بعضها قد غطى كامل المنطقة. الأرض في الجليد لملايين السنين.

& # 8220 تظهر بياناتنا الجديدة أن الارتفاع الدائم للأكسجين حدث بالفعل بعد التجلد الرئيسي الأخير في تلك الفترة وليس قبله ، والذي كان في السابق لغزًا رئيسيًا في فهمنا للروابط بين الأكسجة المبكرة في الغلاف الجوي وعدم الاستقرار المناخي الشديد. & # 8221

أعاد فريق البحث تسمية هذه الفترة بحلقة الأكسدة العظيمة. لقد بشر بفترة 1.5 مليار سنة من الاستقرار المناخي والبيئي اللاحق ، والذي ظل حتى فترة رئيسية ثانية من ارتفاع الأكسجين وعدم الاستقرار المناخي في نهاية فترة ما قبل الكمبري.

قال البروفيسور ديفيد جونستون ، مؤلف مشارك من جامعة هارفارد: & # 8220 إن ارتفاع الأكسجين في الغلاف الجوي كان عاملاً رئيسياً في قابلية الأرض للسكن.

& # 8220 كشف تاريخ أكسجة الغلاف الجوي يسمح لنا في النهاية بفهم كيفية ارتفاع الأكسجين إلى مستويات كانت كافية للسماح بتطور الحيوانات.

& # 8220 تمثل حلقة الأكسدة العظيمة ، عندما ارتفع الأكسجين في الغلاف الجوي لأول مرة إلى مستويات ملحوظة ، خطوة محورية في هذا التاريخ. & # 8221

وأضاف البروفيسور بولتون: & # 8220 لا يمكننا البدء في فهم أسباب وعواقب الأوكسجين في الغلاف الجوي ، وهو أهم عنصر تحكم على قابلية الأرض للسكن ، إذا لم نكن نعرف متى حدث بالفعل أكسجة الغلاف الجوي الدائمة. الآن أخيرًا لدينا قطعة اللغز هذه & # 8221

المرجع: & # 8220A 200 مليون سنة تأخير في أكسجة الغلاف الجوي الدائم & # 8221 بواسطة Simon W. Poulton ، Andrey Bekker ، Vivien M. Cumming ، Aubrey L. Zerkle ، Donald E. Canfield and David T. Johnston ، 29 March 2021 ، طبيعة سجية.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03393-7

ضم فريق البحث سايمون بولتون ، جامعة ليدز أندري بيكر ، جامعة كاليفورنيا ريفرسايد ديفيد جونستون وفيفيان كومينغ ، جامعة هارفارد دونالد كانفيلد ، جامعة جنوب الدنمارك أوبري زيركل ، جامعة سانت أندروز.

تلقى فريق البحث تمويلًا من الجمعية الملكية و Leverhulme Trust و NASA.

المزيد عن SciTechDaily

وجدت الدراسة سببًا واحدًا للعديد من الألغاز المرتبطة بالأكسجين القابل للتنفس منذ 2.5 مليار سنة

قد يأتي محلول الطاقة الانصهار من مغناطيس دائم مثل تلك الموجودة على أبواب الثلاجة - ولكن أقوى بكثير

قد تفسر الغازات البركانية لغزًا طويل الأمد حول ارتفاع الأكسجين الجوي على الأرض

الأرض البديلة - أسرار الحفاظ على الحياة

& # 8220Super-Earth & # 8221 قد تكون شبيهة بالأرض أكثر مما كان يعتقد سابقًا

"نبضات قلب الأرض" - هل تتحكم الحيوانات في مستوى الأكسجين في الأرض؟

دراسة ناسا تظهر أن كواكب النجوم القزمة الحمراء قد تواجه فقدان الأكسجين في المناطق الصالحة للسكن

إرشادات جديدة للبحث عن حياة غريبة على الكواكب الأخرى

6 تعليقات على "حدث ارتفاع الأكسجين الدائم على الأرض بعد 100 مليون سنة مما كان يعتقد"

"تُظهر بياناتنا الجديدة أن الارتفاع الدائم في الأكسجين حدث بالفعل بعد التجلد الرئيسي الأخير في تلك الفترة وليس قبله ، & # 8230"

إذا كان الأكسجين يأتي من البكتيريا الزرقاء التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي ، والتي لم تكن ممكنة خلال ظروف & # 8216Icehouse & # 8217 التي سبقت حدث الأكسجين العظيم ، فما الذي تسبب في نهاية التجلد في جميع أنحاء العالم؟ إذا كانت النهاية ناتجة عن تراكم ثاني أكسيد الكربون البركاني ، فلماذا & # 8217t الأرض تغرق مرة أخرى في حالة & # 8216Icehouse & # 8217 بمجرد أن تسحب البكتيريا الزرقاء ثاني أكسيد الكربون في عملية صنع الأكسجين؟

لا أعتقد أن أي شخص يعرف ذلك ، ولكن إذا تم التحقق من تطور الزمن الجديد بشكل مستقل ، يجب أن يكون العلماء قادرين على تجميع المزيد من البيانات حول الآليات.

في غضون ذلك ، عثرت على مقال يغطي فرضياتهم المبكرة [https://www.sciencealert.com/scientists-say-earth-nearly-lost-all-its-oxygen-2-3-billion-years-ago]. المناقشة النهائية طويلة ومعقدة وتفتقر إلى البيانات وتقدم ادعاءات غامضة ، لكن هذه هي الطبيعة أو العديد من الفرضيات المبكرة. سأكون فضوليًا كيف يعنون أن المحيط الحيوي تراكم العناصر الغذائية ، ولكن ربما زاد عدد السكان بمرور الوقت ، خاصة وأن حدث الأكسجة العظيم أدى إلى أسوأ انقراض جماعي نعرفه & # 8211 تقديرًا أن 99+ ٪ من الأنواع انقرضت ، بما في ذلك بين البكتيريا الزرقاء. (ما زلنا نوجد & # 8217t الكثير من السلالات الجذعية القديمة ، IIRC.) إذن FWIW:

& # 8220 ووجدوا أنه بعد حدث التجلد الثالث ، كان الغلاف الجوي خاليًا من الأكسجين في البداية ، ثم ارتفع الأكسجين ثم انخفض مرة أخرى. ارتفع الأكسجين مرة أخرى قبل 2.32 مليار سنة & # 8211 وهي النقطة التي اعتقد العلماء سابقًا أن الارتفاع فيها دائم. لكن في الصخور الأصغر ، اكتشف بيكر وزملاؤه مرة أخرى انخفاضًا في مستويات الأكسجين. تزامن هذا الانخفاض مع التجلد النهائي ، الذي لم يكن مرتبطًا في السابق بالتغيرات الجوية.

& # 8220 كان الأكسجين الجوي خلال هذا الوقت المبكر غير مستقر للغاية وارتفع إلى مستويات عالية نسبيًا وانخفض إلى مستويات منخفضة جدًا ، & # 8221 قال بيكر. & # 8220 هذا شيء لم نكن نتوقعه & # 8217t حتى آخر 4 أو 5 سنوات [من البحث]. & # 8221

البكتيريا الزرقاء مقابل البراكين
لا يزال الباحثون يعملون على معرفة سبب كل هذه التقلبات ، لكن لديهم بعض الأفكار. أحد العوامل الرئيسية هو الميثان ، وهو غاز دفيئة أكثر كفاءة في احتجاز الحرارة من ثاني أكسيد الكربون.

اليوم ، يلعب الميثان دورًا صغيرًا في ظاهرة الاحتباس الحراري مقارنةً بثاني أكسيد الكربون ، لأن الميثان يتفاعل مع الأكسجين ويختفي من الغلاف الجوي في غضون عقد تقريبًا ، بينما يظل ثاني أكسيد الكربون موجودًا لمئات السنين. ولكن عندما كان هناك القليل من الأكسجين في الغلاف الجوي ، استمر الميثان لفترة أطول وكان بمثابة غازات دفيئة أكثر أهمية.

لذا من المحتمل أن يكون تسلسل الأوكسجين وتغير المناخ قد سار على النحو التالي: بدأت البكتيريا الزرقاء في إنتاج الأكسجين ، والذي تفاعل مع الميثان في الغلاف الجوي في ذلك الوقت ، تاركًا وراءه ثاني أكسيد الكربون فقط.

كان ثاني أكسيد الكربون & # 8217t وفيرًا بما يكفي لتعويض تأثير الاحتباس الحراري للميثان المفقود ، لذلك بدأ الكوكب في البرودة. توسعت الأنهار الجليدية ، وأصبح سطح الكوكب جليديًا وباردًا.

لكن إنقاذ الكوكب من التجمد الدائم العميق كان عبارة عن براكين تحت جليدية. عزز النشاط البركاني في النهاية مستويات ثاني أكسيد الكربون عالية بما يكفي لتدفئة الكوكب مرة أخرى. وبينما تأخر إنتاج الأكسجين في المحيطات المغطاة بالجليد بسبب تلقي البكتيريا الزرقاء القليل من ضوء الشمس ، بدأ الميثان من البراكين والكائنات الحية الدقيقة في التراكم مرة أخرى في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى زيادة تسخين الأشياء.

لكن مستويات ثاني أكسيد الكربون البركاني كان لها تأثير كبير آخر. عندما يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع مياه الأمطار ، فإنه يشكل حمض الكربونيك ، الذي يذوب الصخور بسرعة أكبر من مياه الأمطار المحايدة الرقم الهيدروجيني. هذا التجوية الأسرع للصخور يجلب المزيد من العناصر الغذائية مثل الفوسفور إلى المحيطات.

منذ أكثر من ملياري عام ، كان مثل هذا التدفق من المغذيات قد دفع البكتيريا الزرقاء البحرية المنتجة للأكسجين إلى جنون إنتاجي ، مما أدى مرة أخرى إلى زيادة مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى خفض الميثان وبدء الدورة بأكملها مرة أخرى.

في النهاية ، كسر تغيير جيولوجي آخر دورة الأكسجة والتجلد هذه. يبدو أن هذا النمط قد انتهى منذ حوالي 2.2 مليار سنة عندما يشير سجل الصخور إلى زيادة في الكربون العضوي المدفون ، مما يشير إلى أن كائنات التمثيل الضوئي كانت في ذروتها.

لا أحد يعرف بالضبط ما الذي تسبب في نقطة التحول هذه ، على الرغم من أن بيكر وزملاؤه يفترضون أن النشاط البركاني في هذه الفترة قد وفر تدفقًا جديدًا من العناصر الغذائية إلى المحيطات ، وأخيراً أعطى البكتيريا الزرقاء كل ما تحتاجه لتزدهر.

في هذه المرحلة ، قال بيكر ، كانت مستويات الأكسجين مرتفعة بما يكفي لقمع تأثير الميثان المتضخم بشكل دائم على المناخ ، وأصبح ثاني أكسيد الكربون الناتج عن النشاط البركاني ومصادر أخرى الغاز الدفيئة المهيمن للحفاظ على كوكب الأرض دافئًا. & # 8221


كانت الأرض تحتوي على الأكسجين في وقت أبكر مما كان يعتقد

توصلت دراسة جديدة إلى أن الأكسجين ربما ملأ الغلاف الجوي للأرض بمئات الملايين من السنين قبل ما كان يعتقد سابقًا ، مما يشير إلى أن الحياة المعتمدة على ضوء الشمس الشبيهة بالنباتات الحديثة تطورت في وقت مبكر جدًا من تاريخ الأرض.

النتائج ، التي تم تفصيلها في عدد 26 سبتمبر من مجلة Nature ، لها آثار على الحياة خارج كوكب الأرض أيضًا ، مما يشير إلى أن الحياة المولدة للأكسجين يمكن أن تنشأ في وقت مبكر جدًا من تاريخ الكوكب وربما تشير إلى إمكانية وجود المزيد من العوالم حول الكون أكثر من يعتقد مؤلفو الدراسة.

كان من المفترض على نطاق واسع ذات مرة أن مستويات الأكسجين ظلت منخفضة في الغلاف الجوي لنحو 2 مليار سنة الأولى من تاريخ الأرض البالغ 4.5 مليار سنة. يعتقد العلماء أن المرة الأولى التي يغمر فيها الأكسجين الغلاف الجوي لأي فترة زمنية كبيرة كانت منذ حوالي 2.3 مليار سنة فيما يسمى بحدث الأكسدة العظيم. كان من شبه المؤكد أن هذه القفزة في مستويات الأكسجين كانت بسبب البكتيريا الزرقاء والميكروبات التي تقوم ، مثل النباتات ، بعملية التمثيل الضوئي وزفر الأكسجين.

ومع ذلك ، أشارت الأبحاث الحديثة التي فحصت رواسب الصخور القديمة إلى أن الأكسجين ربما كان موجودًا بشكل عابر في الغلاف الجوي منذ 2.6 مليار إلى 2.7 مليار سنة.

تدفع الدراسة الجديدة هذه الحدود إلى أبعد من ذلك ، مما يشير إلى أن الغلاف الجوي للأرض قد أصبح مؤكسجًا منذ حوالي 3 مليارات سنة ، أي قبل أكثر من 600 مليون سنة من حدث الأكسدة العظيم. بدوره ، يشير هذا إلى وجود شيء ما على الكوكب لوضع هذا الأكسجين في الغلاف الجوي في هذا الوقت.

قال الباحث شون كرو ، عالم الكيمياء الجيولوجية الحيوية بجامعة كولومبيا البريطانية في فانكوفر: "حقيقة وجود الأكسجين هناك تتطلب عملية التمثيل الضوئي الأكسجين ، وهو مسار أيض معقد للغاية ، في وقت مبكر جدًا من تاريخ الأرض". "هذا يخبرنا أن علم الأحياء لا يستغرق وقتًا طويلاً لتطوير قدرات التمثيل الغذائي المعقدة للغاية." [7 نظريات حول أصل الحياة]

تفاعلات الأكسجين القديمة

حلل كرو وزملاؤه مستويات الكروم والمعادن الأخرى في عينات من جنوب إفريقيا يمكن أن تكون بمثابة علامات للتفاعلات بين الأكسجين الجوي والمعادن في صخور الأرض. لقد نظروا في كل من عينات التربة القديمة والرواسب البحرية من نفس الفترة الزمنية و [مدش] منذ 3 مليارات سنة.

ركز الباحثون على المستويات المختلفة لنظائر الكروم داخل عيناتهم. النظائر هي متغيرات من العناصر ، كل نظائر عنصر ما لها نفس عدد البروتونات في ذراتها ، ولكن لكل منها عدد مختلف من النيوترونات و [مدش] على سبيل المثال ، كل ذرة من الكروم -52 بها 28 نيوترونًا ، بينما تحتوي ذرات الكروم -53 على 29 نيوترونًا. .

When atmospheric oxygen reacts with rock &mdash a process known as weathering &mdashheavier chromium isotopes, such as chromium-53, often get washed out to sea by rivers. This means heavier chromium isotopes are often depleted from soils on land and enriched in sediments in the ocean when oxygen is around. These proportions of heavier chromium were just what were seen in the South African samples. Similar results were seen with other metals, such as uranium and iron, that hint at the presence of oxygen in the atmosphere.

"We now have the chemical tools to detect trace atmospheric gases billions of years ago," Crowe told LiveScience.

'Almost certainly biological'

All in all, the researchers suggest atmospheric oxygen levels 3 billion years ago were about 100,000 times higher than what can be explained by regular chemical reactions in Earth's atmosphere. "That suggests the source of this oxygen was almost certainly biological," Crowe said.

"It's exciting that it took a relatively short time for oxygenic photosynthesis to evolve on Earth," Crowe added. "It means that it could happen on other planets on Earth, expanding the number of worlds that could've developed oxygenated atmospheres and complex oxygen-breathing life."

Future research can look for similarly aged rocks from other places, both on and outside Earth, to confirm these findings. "Research could also look at earlier rocks," Crowe said. "Chances are, if there was oxygen 3 billion years ago, there was likely oxygen production some time before as well. How far back does it go?"


The Biology Behind Banded Iron Formations

A long-enduring puzzle in the evolution of the early Earth concerns when and to what extent surface oxidation occurred. One important piece of this puzzle is determining when oxygen production began, and how early oxygen was consumed by reduced species, such as iron (Fe(II)), in the oceans. One way of tracing the Fe redox cycle through time has been studying banded iron formations ( BIF s). These rock formations likely formed when Fe(II)-rich hydrothermal fluid wells up into shallow water. Fe(II) then undergoes oxidation, resulting in layers of rock that contain evidence of how and when the process happened.

It is thought that oxygen did not make up a significant portion of the atmosphere until after the ‘Great Oxidation Event,’ roughly 2.45 billion years ago. How and when oxygen was first produced on Earth قبل this dramatic event is still a big question. Astrobiologists, supported in part by the NAI , are now helping to solve the mystery.

The team studied BIF s in the Isua Supracrustal Belt of southwestern West Greenland. The rocks of this formation can be 3.7-3.8 billion years old, and include the oldest known BIF s on Earth. Ultimately, the isotopic signatures in the rocks suggested that oxidation of Fe(II) was most likely the result of anoxygenic photosynthesis (i.e. photosynthesis that doesn’t produce oxygen). This supports the idea that anoxygenic photosynthesis evolved before the oxygenic photosynthesis we’re all familiar with today (and which plays an important role in keeping the atmosphere breathable for us).

The research was published in the journal Earth and Planetary Science Letters. Funding came from the NSF and NASA .

Sign-up to get the latest in news, events, and opportunities from the NASA Astrobiology Program.


The Story of Earth : The First 4.5 Billion Years, from Stardust to Living Planet

Hailed by اوقات نيويورك for writing "with wonderful clarity about science . . . that effortlessly teaches as it zips along," nationally bestselling author Robert M. Hazen offers a radical new approach to Earth history in this intertwined tale of the planet's living and nonliving spheres. With an astrobiologist's imagination, a historian's perspective, and a naturalist's eye, Hazen calls upon twenty-first-century discoveries that have revolutionized geology and enabled scientists to envision Earth's many iterations in vivid detail--from the mile-high lava tides of its infancy to the early organisms responsible for more than two-thirds of the mineral varieties beneath our feet. Lucid, controversial, and on the cutting edge of its field, The Story of Earth is popular science of the highest order.

"A sweeping rip-roaring yarn of immense scope, from the birth of the elements in the stars to meditations on the future habitability of our world." -علم


Earth's history: The Great Oxidation Event and the 'Boring Billion' - Biology

Earth's oxygen will last another billion years

A new study calculates how long Earth's oxygen-rich atmosphere will persist, with a most likely timeframe of 1.08 billion years until the planet is rendered uninhabitable for most life.


Credit: NASA/Goddard Space Flight Center/Francis Reddy

Today, Earth is a highly oxygenated planet – from the atmosphere, down to the lowest depths of the oceans, it demonstrates all the hallmarks of an active photosynthetic biosphere. However, the long-term timeline for Earth's atmosphere remains uncertain, particularly for the very distant future. Solving this question has great ramifications not only for the future of Earth's biosphere but for the search for life on Earth-like exoplanets beyond our Solar System.

Most scientists agree that our Sun will expand into a red giant about five billion years from now. Long before it reaches that stage, however, its ballooning size will create hellish conditions on Earth. Among the many changes to our home planet will be a gradual decline in oxygen levels. Exactly when and how this occurs has been the subject of much debate.

A new study, published this month in Nature Geoscience, tackles this problem using a numerical model of biogeochemistry and climate to reveal that the future lifespan of Earth's oxygen-rich atmosphere is just over a billion years.

"For many years, the lifespan of Earth's biosphere has been discussed based on scientific knowledge about the steady brightening of the Sun and global carbonate-silicate geochemical cycle," says Kazumi Ozaki, Assistant Professor at Toho University, Japan. "One of the corollaries of such a theoretical framework is a continuous decline in atmospheric CO2 levels and global warming on geological timescales. Indeed, it is generally thought that Earth's biosphere will come to an end in the next two billion years due to the combination of overheating and CO2 scarcity for photosynthesis. If true, one can expect that atmospheric O2 levels will also eventually decrease in the distant future. However, it remains unclear exactly when and how this will occur."

To examine how the Earth's atmosphere will evolve in the future, Ozaki and Christopher Reinhard, Associate Professor at Georgia Institute of Technology, constructed an Earth system model which simulates climate and biogeochemical processes. Because modelling future Earth evolution intrinsically has uncertainties in geological and biological evolutions, they adopted a stochastic approach, enabling the researchers to obtain a probabilistic assessment of an oxygenated atmosphere's lifespan.

Oxygen (O2), methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) concentrations on Earth, from 500 million years ago, through to 2 billion years from now. Credit: K Ozaki/C Reinhard.

Ozaki ran the simulation more than 400,000 times – varying the model parameters – and found that Earth's oxygen-rich atmosphere will most likely persist for another 1.08 billion years. After that point, rapid deoxygenation will make the atmosphere reminiscent of the early Earth before its Great Oxidation Event around 2.5 billion years ago.

"The atmosphere after the great deoxygenation is characterised by an elevated methane, low levels of CO2, and no ozone layer. The Earth system will probably be a world of anaerobic life forms," explains Ozaki.

During its long history, our planet has seen varying levels of oxygen. Following the Great Oxidation Event of 2.4–2.0 Ga (billion years ago), it remained at a low and stable concentration before rising sharply during the Ediacaran Period (635–541 Mya) and then slowing in the Cambrian (541–485 Mya).

As a percentage of the atmosphere, oxygen reached its highest levels in the Carboniferous, peaking at 35%. This enabled many insects, which breathe through their skins, to grow to gigantic sizes. It also fuelled wildfire activity. Since then, oxygen levels have fallen and rebounded again, and today stand at roughly 20%.


Meganisopteran, the largest insects that ever lived. Credit: GermanOle, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Earth's oxygen-rich atmosphere today represents an important sign of life that can be remotely detectable. However, this study concludes that it will enter a relatively rapid and terminal decline at some point, and suggests that rich concentrations of the gas might only be possible for 20–30% of Earth's entire history as an inhabited planet.

Oxygen (and the photochemical by-product, ozone) is the most compelling biosignature in the search for life on exoplanets. If we can generalise these insights to Earth-like planets, then scientists need to consider additional biosignatures applicable to weakly-oxygenated and anoxic worlds, according to study authors Reinhard and Ozaki.

The image of Earth as a dying planet, with only a handful of microscopic anaerobes clinging to survival, is a depressing contrast to the rich biodiversity we see around us today. This assumes, of course, that humanity or its descendants will be unable to save Earth via technological means, such as incremental shifting of the planet's orbit to match the retreating Goldilocks zone. The expanding Sun might also make Mars more habitable.

Then again, the sheer length of time involved in this process would provide ample opportunity for Earth's remaining inhabitants to develop interstellar travel and leave the Solar System entirely to settle new systems. Our species by then might even have evolved into beings of pure energy, able to traverse dimensions and into other universes. Perhaps the Earth by then could be left as a kind of galactic relic – a monument to our ancient past.


شاهد الفيديو: الأرض منذ ملايين السنين (كانون الثاني 2023).