نيازك عملاقة أذابت المحيطات قبل 3.2 مليار سنة، لكنها كانت بمثابة "قنبلة سماد" للحياة

ارتطمت صخرة فضائية ضخمة، يقدر حجمها بحجم أربعة جبال إيفرست، بالأرض منذ أكثر من 3 مليارات سنة - وقد يكون هذا الارتطام مفيدًا بشكل غير متوقع لأقدم أشكال الحياة على كوكبنا، وفقًا لبحث جديد.

في العادة، عندما تصطدم صخرة فضائية كبيرة بالأرض، ترتبط الاصطدامات بدمار كارثي، كما في حالة زوال الديناصورات قبل 66 مليون سنة، عندما اصطدم كويكب يبلغ عرضه 6.2 ميل (10 كيلومترات) تقريبًا قبالة ساحل شبه جزيرة يوكاتان في ما يعرف الآن بالمكسيك.

لكن الأرض كانت يافعة ومكانًا مختلفًا تمامًا عندما اصطدم نيزك S2، الذي يقدر أن كتلته كانت أكبر من كتلة كويكب تشيككسولوب الذي تسبب في انقراض الديناصورات، قبل 3.26 مليار سنة، وفقًا لناديا درابون، الأستاذة المساعدة في علوم الأرض والكواكب في جامعة هارفارد. وهي أيضًا المؤلفة الرئيسية لدراسة جديدة تصف ارتطام S2 وما تبعه في أعقابه، والتي نُشرت يوم الاثنين في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

وكتبت درابون في رسالة بالبريد الإلكتروني: "لم تكن الحياة المعقدة قد تشكلت بعد، ولم تكن هناك سوى حياة وحيدة الخلية على شكل بكتيريا وعتيقة". "من المحتمل أن المحيطات كانت تحتوي على بعض الحياة، ولكن ليس بالقدر الذي نشهده اليوم ويرجع ذلك جزئيًا إلى نقص المغذيات. حتى أن بعض الناس يصفون محيطات العصر الأركياني بأنها "صحارى بيولوجية". كانت الأرض في العصر الأركياني عالمًا مائيًا مع عدد قليل من الجزر البارزة. كان من الممكن أن يكون مشهدًا مثيرًا للفضول، حيث كانت المحيطات على الأرجح خضراء اللون من المياه العميقة الغنية بالحديد."

قالت درابون إنه عندما اصطدم نيزك S2، حدثت فوضى عالمية - لكن الارتطام أثار أيضًا مكونات ربما تكون قد أثرت الحياة البكتيرية. يمكن للنتائج الجديدة أن تغير الطريقة التي يفهم بها العلماء الطريقة التي استجاب بها العلماء لكيفية استجابة الأرض وحياتها الوليدة للقصف من الصخور الفضائية بعد فترة ليست طويلة من تشكل الكوكب.

الكشف عن التأثيرات القديمة

في وقت مبكر من تاريخ الأرض، ضربت الصخور الفضائية الكوكب اليافع بشكل متكرر. وتشير التقديرات إلى أن "المصادمات العملاقة"، التي يزيد عرضها عن 6.2 ميل (10 كيلومترات)، ضربت الكوكب كل 15 مليون سنة على الأقل، وفقًا لمؤلفي الدراسة، مما يعني أن 16 نيزكًا عملاقًا على الأقل ضربت الأرض خلال العصر الأركياني، الذي استمر من 4 مليارات إلى 2.5 مليار سنة مضت.

لكن تداعيات تلك الأحداث الارتطامية ليست مفهومة جيداً. وبالنظر إلى جيولوجيا الأرض المتغيرة باستمرار، حيث يتم تغطية الحفر الضخمة من خلال النشاط البركاني وحركة الصفائح التكتونية، من الصعب العثور على أدلة على ما حدث قبل ملايين السنين.

درابون عالمة جيولوجية الأرض المبكرة مفتونة بفهم ما كان عليه الكوكب قبل تشكل القارات الأولى وكيف أثرت تأثيرات النيازك العنيفة على تطور الحياة.

"لا بد أن هذه الارتطامات أثرت بشكل كبير على نشأة الحياة على الأرض وتطورها. ولكن كيف ذلك بالضبط لا يزال لغزًا." "في بحثي، أردت أن أفحص الأدلة الفعلية "الثابتة" - معذرةً على التلاعب بالألفاظ - حول كيفية تأثير التأثيرات العملاقة على الحياة المبكرة."

قامت درابون وزملاؤها بعمل ميداني للبحث عن أدلة في صخور جبال باربيرتون ماكونجوا في جنوب أفريقيا. وهناك، يمكن العثور في الصخور على أدلة جيولوجية لثمانية أحداث ارتطام وقعت بين 3.6 مليار و3.2 مليار سنة مضت، ويمكن تتبعها من خلال جزيئات ارتطام نيزك صغيرة تسمى الكريات.

تحدث هذه الجسيمات الصغيرة المستديرة، التي يمكن أن تكون زجاجية أو بلورية، عندما تصطدم النيازك الكبيرة بالأرض، وتشكل طبقات رسوبية في الصخور التي تعرف باسم طبقات الكريات.

جمع الفريق مجموعة من العينات في جنوب أفريقيا وقاموا بتحليل تركيب الصخور والكيمياء الجيولوجية.

"تقول درابون: "تبدأ أيامنا عادةً برحلة طويلة في الجبال للوصول إلى مواقع أخذ العينات. "في بعض الأحيان نكون محظوظين بوجود طرق ترابية تقربنا من هذه المواقع. في الموقع، ندرس البنى الموجودة في الصخور عبر طبقة الحدث الارتطامي بتفصيل كبير ونستخدم المطارق الثقيلة لاستخراج عينات لتحليلها لاحقاً في المختبر."

حافظت طبقات الصخور المحصورة بإحكام في طبقات الصخور على جدول زمني للمعادن سمح للباحثين بإعادة بناء ما حدث عندما ارتطم نيزك S2.

موجات الدمار

كان قطر نيزك S2 يتراوح بين 23 و36 ميلاً (37 و58 كيلومتراً) عندما ضرب الكوكب. وقال درابون إن التأثيرات كانت سريعة وشرسة.

"قال درابون: "تخيل نفسك واقفاً قبالة ساحل كيب كود، في رف من المياه الضحلة. "إنها بيئة منخفضة الطاقة، بدون تيارات قوية. ثم فجأة، يكون لديك تسونامي عملاق، يجتاحك ويمزق قاع البحر."

اجتاحت أمواج تسونامي الكرة الأرضية، وكانت الحرارة الناتجة عن التصادم شديدة لدرجة أنها أدت إلى غليان الطبقة العليا من المحيط. قال درابون إنه عندما تغلي المحيطات وتتبخر، فإنها تشكل أملاحًا مثل تلك التي لوحظت في الصخور مباشرة بعد الارتطام.

أظلم الغبار المحقون في الغلاف الجوي من الارتطام السماء في غضون ساعات، حتى على الجانب الآخر من الكوكب. ارتفعت حرارة الغلاف الجوي، ومنعت سحابة الغبار الكثيفة الميكروبات من تحويل ضوء الشمس إلى طاقة. كانت أي حياة على اليابسة أو في المياه الضحلة ستشعر بالآثار الضارة على الفور، وكانت تلك الآثار ستستمر من بضع سنوات إلى عقود.

وفي نهاية المطاف، كان من الممكن أن تعيد الأمطار الطبقات العليا من المحيط، ويستقر الغبار.

لكن بيئة أعماق المحيط كانت قصة أخرى. فقد أدى التسونامي إلى تمخض عناصر مثل الحديد وجلبها إلى السطح. وفي الوقت نفسه، ساعد التآكل في جرف الحطام الساحلي إلى البحر وأطلق الفوسفور من النيزك. وأظهر التحليل المختبري ارتفاعاً حاداً في وجود الكائنات وحيدة الخلية التي تتغذى على الحديد والفوسفور مباشرة بعد الارتطام.

وقالت درابون إن الحياة تعافت بسرعة، ثم ازدهرت بعد ذلك.

"وقالت: "قبل الارتطام، كان هناك بعض الحياة، ولكن ليس الكثير، في المحيطات بسبب نقص المغذيات والمواد المانحة للإلكترونات مثل الحديد في المياه الضحلة. "أطلق التصادم العناصر الغذائية الأساسية، مثل الفوسفور، على نطاق عالمي. وقد أطلق أحد الطلاب على هذا التأثير اسم "قنبلة الأسمدة". بشكل عام، هذه أخبار جيدة جداً لتطور الحياة المبكرة على الأرض، حيث أن التصادمات كانت ستكون أكثر تواتراً خلال المراحل الأولى من تطور الحياة مما هي عليه اليوم."

كيف تستجيب الأرض للارتطامات المباشرة

قالت درابون إن ارتطام كويكب S2 وكويكب تشيككسولوب كان له عواقب مختلفة بسبب أحجام الصخور الفضائية والمرحلة التي كان الكوكب فيها عندما ارتطم كل منهما.

فقد اصطدم كويكب تشيككسولوب بمنصة كربونات على الأرض، مما أدى إلى انبعاث الكبريت في الغلاف الجوي. وشكلت الانبعاثات الهباء الجوي الذي تسبب في انخفاض حاد وشديد في درجات الحرارة السطحية.

وقالت درابون إنه على الرغم من أن كلا الارتطامين تسببا في نفوق عدد كبير من الكائنات الحية الدقيقة القوية التي تعتمد على أشعة الشمس في المياه الضحلة إلا أنها كانت ستتعافى بسرعة بعد ارتطام S2 بمجرد امتلاء المحيطات مرة أخرى واستقرار الغبار.

وقالت: "كانت الحياة خلال فترة ارتطام S2 أبسط بكثير". "فكر في تنظيف أسنانك بالفرشاة في الصباح: قد تتخلص من 99.9% من البكتيريا، ولكن بحلول المساء، تكون قد عادت مرة أخرى."

كان بن فايس، أستاذ روبرت ر. شروك لعلوم الأرض والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، مفتونًا بالملاحظات الجيولوجية لطبقات الكريات في الورقة البحثية، والتي يعتقد أنها تسمح للباحثين باستكشاف سجل الارتطام القديم للأرض بالطريقة التي يمكن لعلماء الفلك دراسة أسطح الكواكب مثل المريخ. لم يشارك فايس في الدراسة.

"يقول فايس: "لا توجد فوهات ارتطام محفوظة على الأرض اليوم تقترب في حجمها من تلك التي استُنتج أنها أنتجت الصخور التي تمت دراستها هنا. "بالطبع، ما يميز سجلنا هو أنه، على الرغم من كونه مجزأ وغير مكتمل، إلا أنه السجل الوحيد الذي يمكننا دراسته حاليًا بالتفصيل والذي يمكن أن يخبرنا عن تأثيرات التأثيرات على التطور المبكر للحياة. ومن المثير للإعجاب أيضًا أنه على الرغم من الطبيعة المحلية جدًا لهذه الملاحظات (نتوءات في منطقة صغيرة في جنوب أفريقيا)، يمكننا أن نبدأ في فهم شيء ما عن الطبيعة العالمية لهذه الأحداث الارتطامية العملاقة."

تفتح الصخور الموجودة في جبال باربيرتون ماكونجوا أمام درابون وزملائها خطًا جديدًا بالكامل من البحث في تاريخ ارتطامات الأرض.

"وقالت: "نهدف إلى تحديد مدى شيوع هذه التغييرات البيئية والاستجابات البيولوجية بعد أحداث الارتطام الأخرى في تاريخ الأرض المبكر. "وبما أن تأثير كل تأثير يعتمد على عوامل مختلفة، فإننا نريد تقييم مدى تكرار حدوث مثل هذه التأثيرات الإيجابية والسلبية على الحياة."