من أين أتى أوكسجين الأرض؟

استغرق الغلاف الجوي لكوكبنا استغرق وقتًا ليتطور إلى حالته الحالية التي تسمح بمرور الهواء. ولم يكن أول مزيج من الغازات لتكوين طبقة سميكة حول كوكبنا البارد منذ نحو 4.6 مليار سنة مختلفًا كثيرًا عن نوع الأشياء المنبعثة من البراكين، مثل الميثان وكبريتيد الهيدروجين وثاني أوكسيد الكربون.

كانت هذه أوقاتًا عنيفة، إذ لم تكن الأرض تموج بالمواد المتطايرة فحسب، بل كان القصف المستمر للصخور الباردة من النظام الشمسي الداخلي يوفر إمدادًا ثابتًا من المواد الجديدة. في بعض الأحيان، أعادت الاصطدامات الكبيرة تسخين السطح، ما أدى إلى غليان أي رطوبة مجمعة وضمان بقاء الغلاف الجوي في حالة من الفوضى. ومع ذلك، فإن هذا التدفق المستمر للمعادن التي تمطر من السماء وفر أيضًا الكثير من النيتروجين في شكل أمونيا.

متى ظهر الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض؟

ما زلنا لا نعرف الكثير عن التفاصيل. فقط كم من النيتروجين وفر هذا المطر المعدني لكوكبنا، إذ أنه قبل نحو 4.3 مليار سنة، بدأت ظروف الأرض الجهنمية أخيرًا في البرودة وانحسر طوفان الصخور الفضائية. فقد تجمعت المسطحات المائية لفترة كافية لتحدث تفاعلات جيوكيميائية مختلفة - وربما سلائف للكيمياء الحيوية -، الأمر الذي يترك لكوكب الأرض جواً سميكًا يتألف في معظمه من ثاني أوكسيد الكربون والنيتروجين

ربما كانت هناك "نفحة" عرضية من الأوكسجين تتصاعد من النشاط البركاني، هنا وهناك. لكن لم يستغرق الأمر وقتًا طويلاً حتى يتفاعل، تاركًا الكوكب إلى حد كبير خالٍ من الأوكسجين طوال مليارات السنين الأولى أو نحو ذلك.

ما هو حدث الأكسدة العظيم؟

كانت محاولات الأرض الأولى في علم الأحياء بحاجة إلى أخذ الطاقة التي تجمع مجموعة واحدة من الجزيئات معًا وإعادة توظيفها لبناء مواد عضوية. في مرحلة ما في وقت مبكر من اللعبة، ربما خلال مئات الملايين من السنين من تكوين الأرض، تمت مصادفة آلية لسحب الطاقة التي يوفرها ضوء الشمس من مواد كيميائية معينة. وعلى الرغم من أنه كان من الناحية الفنية عملية التمثيل الضوئي، إلا أنه لم يكن من النوع الذي ترك فائضًا من الأوكسجين. إذ يبدو أن هذا التنوع "الأوكسجين" من التمثيل الضوئي قد نشأ منذ 3 مليارات سنة، إن لم يكن قبل ذلك. وقد أعطت الآلية البيولوجية، المسماة نظام ضوئي الثاني، دفعة للميكروبات البدائية، ما سمح لها بإعادة تجميع ثاني أوكسيد الكربون والماء لتشكيل اللبنات الأساسية التي تحتاجها، جنبًا إلى جنب مع شحنة سخية من الطاقة.

هل كان الأوكسجين شيئًا جيدًا للحياة على الأرض؟

من الصعب تحديد نوع التأثير الذي أحدثته وفرة غاز الأوكسجين المفاجئ على المحيط الحيوي للأرض. فمن الناحية النظرية، يعد الأوكسجين عنصر تفاعلي جدًا. فحتى اليوم، لدينا إنزيمات متخصصة للتعامل مع الضرر الذي يمكن أن يتسبب فيه الأوكسجين الخالي من الجزيئات العضوية الأكثر حساسية، مثل الحمض النووي. لذلك من السهل أن نتخيل أنه بدون تكيفات مع الأوكسجين، فإن الكائنات الحية المبكرة ستموت بأعداد هائلة. ومن الممكن وقوع أحداث كارثية في الواقع. إذ تشير دراسات النظائر المحبوسة في معادن عمرها ملياري عام إلى أن تركيزات الأوكسجين تنخفض مع حبس الكربون في أجسام دقيقة لعدد لا يحصى من الميكروبات التي تعاني. ومع ذلك، فإن تفسير هذا السجل القديم ليس واضحًا تمامًا؛ بينما تشكك دراسات أخرى في الافتراضات، وتشير إلى أن الانخفاض في الأوكسجين قد لا يكون بسبب أي خسارة كبيرة في الأرواح.

وقبل نحو 600 مليون سنة، وصلت تركيزات الأوكسجين الجزيئي في غلافنا الجوي أخيرًا إلى نحو 21٪، وتتزامن هذه الفترة من التاريخ مع ظهور تعقيد الكائنات الحية. إذ أنه من الصعب تحديد إلى أي مدى لعب الأوكسجين دورًا، ومن ناحية أخرى، يعد الأوكسجين اليوم وسيلة لا غنى عنها لتحرير إمداد كبير من الطاقة من الهيدروكربونات. الوقود المثالي للكائن متعدد الخلايا الحديث أثناء التنقل!، ومن ناحية أخرى، فإن الترتيب الدقيق للأوكسجين والكائنات المعقدة الأولى أمر قابل للنقاش، ما يجعل العلاقة معقدة نوعًا ما.

هل ستفقد الأرض الأوكسجين؟

طالما أن الشمس مشرقة، والنباتات تزهر، وعملية التمثيل الضوئي تحدث، يبدو أن كوكبنا سيحتوي دائمًا على كمية مناسبة من الأوكسجين في غلافه الجوي. لكن هذا التوازن ليس دائمًا. إذ أنه في غضون نحو مليار عام، سيكون الإشعاع الشمسي قويًا بما يكفي لتمزيق ثاني أوكسيد الكربون. بدون الغاز، ستتوقف عملية التمثيل الضوئي، وسينخفض ​​الأوكسجين إلى مستويات لم نشهدها منذ تلك الأيام الأولى منذ مليارات السنين.

المصدر: sciencealert