أول دليل على وجود المياه العذبة والأراضي الجافة على الأرض منذ 4 مليارات سنة

نحن بحاجة إلى مكونين لبدء الحياة على الكوكب: الأرض الجافة والمياه (العذبة). بشكل صارم، ليس من الضروري أن تكون المياه عذبة، لكن المياه العذبة لا يمكن أن توجد إلا على الأراضي الجافة.

فقط مع تلبية هذين الشرطين يمكنك تحويل اللبنات الأساسية للحياة، الأحماض الأمينية والأحماض النووية إلى حياة بكتيرية ملموسة تبشر ببداية الدورة التطورية.

أقدم حياة متبقية على الأرض في سجلنا الصخري المجزأ يبلغ عمرها 3.5 مليار سنة ، مع بعض البيانات الكيميائية التي تظهر أنها قد تصل إلى 3.8 مليار سنة . لقد افترض العلماء أن الحياة قد تكون أقدم، لكن ليس لدينا سجلات تثبت صحة ذلك.

تقدم دراسة جديدة قام بها اثنين من جامعة جامعة كيرتن هودو أولييروك، باحث أول في الجيولوجيا، وحامد جمال الدين
أستاذ مساعد في الكيمياء الجيولوجية، جامعة كيرتن، ومشرف على فريق بحثي في جامعة خليفة في دولة الإمارات، أول دليل على وجود المياه العذبة والأراضي الجافة على الأرض منذ 4 مليارات سنة. إن معرفة متى ظهر مهد الحياة – الماء واليابسة – لأول مرة على الأرض يوفر في النهاية أدلة حول كيفية ظهورنا.

الدراسة المنشورة في مجلة Nature Geoscience.

الماء والأرض: جوهر الحياة

تخيل أنك دخلت إلى آلة الزمن ورجعت إلى الوراء قبل 4 مليارات سنة. عندما تتوقف الأقراص، تنظر إلى الخارج وترى محيطًا شاسعًا من حولك. ليس اللون الأزرق كما تعرفه، ولكنه بني مع الحديد والمعادن الذائبة الأخرى. تنظر إلى السماء فتجدها برتقالية داكنة، مع ضباب دخاني من ثاني أكسيد الكربون وومضات منتظمة من النيازك القادمة. غير مضياف للحياة.

هذا ما يعتقده العلماء أن الأرض كانت تبدو قبل 4 مليارات سنة، ولكن هل فعلت ذلك؟

مثلما تتخلى عن كل أمل في الحياة، فإنك تلمحه في الأفق: الأرض. بدفع آلة الزمن إلى وضع السفر، ستطير عبر هذه المساحة الممتدة من الصخور الناشئة وتهبط.

ستدرك سريعًا أنك قد دخلت إلى جزيرة بركانية، حيث تتدفق الحمم البركانية عبر جوانبها. ولكنك تشعر أيضًا بقطرات المطر على أنفك، وتلاحظ تجمع المياه في برك صغيرة عند قاعدة البركان. بحذر تضع يديك وتتذوقها… إنها طازجة. الدليل الأول على وجود مياه عذبة على الأرض، كان قبل 4 مليارات سنة على الأقل.

المياه العذبة والأراضي الناشئة تسير جنبا إلى جنب. إذا كانت كل الأرض تحت الماء، فلن يكون لديك سوى مياه المحيط المالحة. وذلك لأن المياه المالحة تريد أن تتعدى تحت الأرض، وهي ظاهرة تعرف بتسرب مياه البحر.

لذا، إذا وجدت مياهًا عذبة، فلا بد أن تكون لديك أرض جافة، ومساحة كبيرة منها بشكل معقول.

كيف نعرف أنه كانت هناك مياه عذبة وأرض على الأرض المبكرة؟

المياه العذبة تختلف كثيرا عن مياه البحر. من الواضح، قد تقول، ولكن كيف يمكنك معرفة ما إذا كان أحدهما أو كليهما موجودًا على الأرض إذا لم تتمكن فعليًا من العودة في آلة الزمن؟

الجواب موجود في السجل الصخري والإشارات الكيميائية المحفوظة في تلك الكبسولة الزمنية. يبلغ عمر الأرض ما يزيد قليلاً عن 4.5 مليار سنة، وأقدم الصخور التي اكتشفها العلماء يزيد عمرها قليلاً عن 4 مليارات سنة.

لكي نفهم كوكبنا حقًا في أول 500 مليون سنة من عمره، علينا أن ننتقل إلى البلورات التي جاءت ذات يوم من الصخور القديمة وانتهى بها الأمر بالترسب في الصخور الأحدث.

وعلى عكس الصخور، فإن أقدم البلورات المحفوظة يعود تاريخها إلى 4.4 مليار سنة . ويأتي الجزء الأكبر من هذه البلورات فائقة القدم من مكان واحد على الأرض: جاك هيلز في الغرب الأوسط لغرب أستراليا.

وهذا هو بالضبط المكان الذي ذهب إليه الباحثين، وقاموا بتأريخ أكثر من ألف بلورة من معدن يسمى الزركون، المشهور بمقاومته الشديدة للعوامل الجوية والتغييرات.

وهذا أمر مهم للغاية، لأنه على مدى مليارات السنين، يمكن للكثير من العمليات اللاحقة أن تمحو الإشارة الكيميائية الأولية عند تشكل البلورات لأول مرة. من السهل تغيير معظم الأنواع الأخرى من المعادن، وهي عملية من شأنها أن تمحو كيميائها الأصلية ولا تزودنا بأدلة حول ماضي الأرض العميق.

الحبوب القديمة حقا

يُظهر عملنا أن حوالي 10% من جميع البلورات التي قمنا بتحليلها كان عمرها أكثر من 4 مليارات سنة. قد يبدو ذلك صغيرًا، لكنه يمثل كمية هائلة من الحبوب القديمة جدًا مقارنة بأماكن أخرى حول العالم.

لمعرفة ما إذا كانت هذه الحبيبات تحتوي على رقم قياسي للمياه العذبة، استخدم الباحثان حزمًا صغيرة من الأيونات على حبيبات الزركون المؤرخة لقياس نسبة الأكسجين الأثقل إلى الأخف وزنًا.

ويُعتقد أن هذه النسبة، المعروفة باسم نسبة نظائر الأكسجين، تكون ثابتة تقريبًا عبر الزمن بالنسبة لمياه البحر، ولكنها أخف بكثير بالنسبة للمياه العذبة.

ومن الواضح أن جزءًا صغيرًا من بلورات الزركون التي تعود إلى 4 مليارات سنة مضت كان لها بصمة خفيفة جدًا لا يمكن أن تتشكل إلا من تفاعل المياه العذبة والصخور.

الزركون مقاوم للغاية للتغيير، لكي يحصل الزركون في جاك هيلز على توقيع الأكسجين الخفيف هذا، كان يجب أن تذوب الصخور التي تم تغييرها بواسطة المياه العذبة ثم إعادة التصلب لنقل التوقيع النظائري للأكسجين الخفيف إلى الزركون الخاص بنا.

وبالتالي، كان لا بد من وجود المياه العذبة على الأرض قبل 4 مليارات سنة.

ما إذا كانت الحياة قد بدأت أيضًا في وقت مبكر جدًا من تاريخ الأرض هو سؤال لا يمكننا التأكد منه بعد. لكننا وجدنا على الأقل دليلًا على مهد الحياة على الأرض في وقت ما قبل 4 مليارات سنة، وهو وقت مبكر جدًا من تاريخ كوكبنا البالغ 4.5 مليار سنة.