بوابة الزركون: كشف النقاب عن أصول الحياة

دليل على وجود المياه العذبة على الأرض القديمة

يشير تحليل جديد لحبيبات قديمة من الكريستال المغروسة في صخور من المناطق النائية الأسترالية إلى أن الأرض كانت تحتوي على يابسة ومياه عذبة منذ حوالي 4 مليارات سنة - في الوقت الذي كان يعتقد فيه العلماء أن الكوكب كان مغطى بالكامل بالمحيطات.

وقد كشفت القرائن الكيميائية الموجودة في البلورات أن الصخور الساخنة المنصهرة التي نشأت فيها كانت على اتصال بالمياه العذبة أثناء تكوين البلورات، وفقًا لدراسة نشرت الاثنين في مجلة Nature Geoscience.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة حامد جمال الدين، وهو زميل باحث مساعد في كلية علوم الأرض والكواكب في جامعة كورتين في أستراليا وأستاذ مساعد في جامعة خليفة في الإمارات العربية المتحدة، في بيان صحفي: "من خلال فحص عمر ونظائر الأكسجين في بلورات صغيرة من معدن الزركون، وجدنا توقيعات نظائر خفيفة بشكل غير عادي تعود إلى ما قبل أربعة مليارات سنة". "عادةً ما تكون نظائر الأكسجين الخفيفة هذه نتيجة تغيير المياه الحارة والعذبة للصخور على عمق عدة كيلومترات تحت سطح الأرض."

وقال جمال الدين إن الدليل على وجود المياه العذبة لا يمكن تفسيره إلا بوجود أرض جافة - حيث تتجمع المياه وتتسرب إلى القشرة القارية.

"لدينا أمران مهمان هنا. فقد اكتشفنا أقدم دليل على وجود مياه عذبة ودليل تمثيلي على وجود أرض جافة فوق سطح البحر."

يشير البحث إلى أن دورة المياه في الأرض - عندما تتحرك المياه بين اليابسة والمحيطات والغلاف الجوي من خلال التبخر وهطول الأمطار - كانت تعمل في تلك المرحلة الزمنية.

وقال المؤلفون إن هذا الاكتشاف يعني أن وصفة نشأة الحياة كانت موجودة بعد أقل من 600 مليون سنة من تكوين الأرض، أي قبل الديناصورات أو حتى أقدم حياة ميكروبية معروفة بوقت طويل. وقال جمال الدين إن أقدم الأدلة المتفق عليها على نطاق واسع على الحياة - والمياه العذبة - تأتي من الستروماتوليت، وهي ميكروبات متحجرة شكلت تلالاً في الينابيع الحارة قبل 3.5 مليار سنة.

وقال المؤلف المشارك في الدراسة هوغو أوليروك، وهو زميل باحث أول في كلية كورتن لعلوم الأرض والكواكب، في بيان: "هذا الاكتشاف لا يلقي الضوء على تاريخ الأرض المبكر فحسب، بل يشير أيضًا ... إلى أن ... التلال والمياه العذبة مهدت الطريق لازدهار الحياة في إطار زمني قصير نسبيًا - أقل من 600 مليون سنة بعد تشكل الكوكب".

أهمية بلورات الزركون في دراسة تاريخ الأرض

وأضاف: "تمثل هذه النتائج خطوة مهمة إلى الأمام في فهمنا لتاريخ الأرض المبكر وتفتح الأبواب لمزيد من الاستكشاف في أصول الحياة".

يعد الدهر الهدياني، من 4.5 مليار إلى 4 مليارات سنة مضت، أقدم فصل في تاريخ الأرض وعصر جيولوجي مظلم لا يُفهم إلا قليلاً لأن الجيولوجيين ببساطة لا يملكون صخورًا بهذا العمر لدراستها: يبلغ عمر أقدم الصخور المعروفة 4 مليارات سنة.

فكيف إذن تعمل بلورات الزركون كبوابة إلى أقدم تاريخ الكوكب؟ إن الحبيبات المعدنية الصغيرة صلبة بشكل خاص ويمكن أن تتماسك في الصخور الأصغر سناً. وقد عُثر على الزركون في الدراسة في حجر رملي برتقالي عمره 3.1 مليار سنة من تشكيل جاك هيلز، وهو نتوء من الصخور المتجمدة في غرب أستراليا.

وما يجعل الزركون مفيدًا بشكل خاص للجيولوجيين هو أنه يحتوي على القليل من اليورانيوم في بنيته ويمكن للعلماء تحديد عمره من خلال قياس الاضمحلال الإشعاعي لأيونات اليورانيوم. وأقدم مادة من أصل أرضي هي الزركون الموجود في تكوين جاك هيلز الذي يعود تاريخه إلى 4.4 مليار سنة مضت.

"(الزركون) معدن فريد من نوعه. فهو شديد المقاومة ولا يتغير (بمرور الوقت)". "إنه الشاهد الوحيد على العصر الهيداني."

وللوصول إلى النتائج التي توصلوا إليها، استخرج الباحثون 2,500 حبة زركون - بعرض خصلتين أو ثلاث من شعر الإنسان - وقاموا بتركيبها وصقلها قبل تأريخ 1,400 منها وقياس النظائر المختلفة أو إصدارات الأكسجين المختلفة داخل الزركون.

وقال جمال الدين إن الماء المالح يحتوي على نظائر أكسجين أثقل، وهي نظائر مقاومة للتبخر، بينما تحتوي مياه الأمطار على نظائر أخف. وقال إن بلورتين من الزركون أظهرتا دليلاً نظائرياً على وجود مياه نيزكية أو مياه عذبة؛ إحداهما عمرها 4 مليارات سنة، بينما يبلغ عمر الأخرى 3.4 مليار سنة.

شروط نشأة الحياة على كوكب الأرض

وأجرى الفريق 10,000 عملية محاكاة لتكوين الزركون باستخدام نموذج حاسوبي - كيف اختلطت الصخور المنصهرة الساخنة مع مياه البحر أو مياه الأمطار أو مزيج من الاثنين معاً - ووجدوا أنه فقط مع بعض المياه العذبة يمكنهم تفسير البصمة النظائرية الخفيفة للزركون.

قال جمال الدين إنه من المستحيل أن يعرفوا من عملهم ما إذا كان من الممكن أن تكون هناك كتل يابسة كبيرة، ولكن كان من الممكن أن يكون هناك بعض اليابسة فوق مستوى سطح البحر. وقال إن ما هو أكثر من ذلك، فإن اليابسة والمياه العذبة، التي من المحتمل أن تكون قد هطلت على شكل أمطار، كانت ستوفر المكونات الأساسية لأصل الحياة.

لدى العلماء نظريات مختلفة حول أصول الحياة على الأرض. يعتقد البعض أنها تشكلت حول فتحات أعماق المحيطات، لكن البعض الآخر يعتقد أنها نشأت في المسطحات المائية الضحلة على اليابسة. وقال جمال الدين إن النتائج الجديدة توفر دعمًا للفرضية الأخيرة، ويريد الباحثون استعادة المزيد من الزركون لإجراء تحليل جيوكيميائي لمزيد من التحقيق.

ووافق جون فالي، أستاذ علوم الأرض في جامعة ويسكونسن ماديسون، على أن ظروف الحياة يمكن أن تكون موجودة على الأرض منذ فترة طويلة. لم يشارك فالي في البحث الجديد لكنه كان من بين أوائل العلماء الذين استخدموا الزركون لإظهار أن الأرض كانت بها محيطات قديمة ودرجات حرارة أكثر برودة منذ أكثر من 4 مليارات سنة، مما يتحدى الرأي القائل بأن الأرض في العصر الحديث كانت جرمًا سماويًا جهنميًا به بحار نارية من الصهارة.

ومع ذلك، قال إن السائل الذي تلامست معه سلائف الزركون كان يمكن أن يكون مياه أمطار أو مياه بحار، وأن النموذج الحاسوبي الذي استخدمه مؤلفو الدراسة يفترض أن التركيب النظائري لمحيط العصر الحديث كان مطابقًا لمحيطات اليوم.

وقال فالي: "إن الجديد الرئيسي في الورقة البحثية الجديدة هو استنتاج أن مياه الأمطار تعني أن الصخور كانت (على اليابسة)... وليس تحت سطح البحر". "لطالما اعتُبر هذا أحد الاحتمالات، لكن لا يوجد دليل جديد مقدم يسمح للمرء بمعرفة ذلك".

وقالت الباحثة الجيوكيميائية بيث آن بيل، وهي باحثة مساعدة في قسم علوم الأرض والكواكب والفضاء في جامعة كاليفورنيا، إن قيم النظائر الخفيفة للغاية "قدمت حجة قوية" للتفاعلات بين الصخور والمياه العذبة خلال العصر الحديث مما يعني وجود قدر من اليابسة في ذلك الوقت. لم تشارك في الدراسة.

"قالت بيل في رسالة بالبريد الإلكتروني: "الزركون قوي فيزيائيًا ولن يتآكل على سطح الأرض. "(إنه) يبقى بشكل روتيني لمليارات السنين في القشرة الأرضية وعلى السطح بمعلوماته الجيوكيميائية (سليمة)."