أدى وصول النباتات الأرضية قبل 400 مليون سنة إلى تغيير نظام التحكم في مناخ الأرض

قد يكون وصول النباتات على الأرض قبل حوالي 400 مليون سنة قد غير الطريقة التي تنظم بها الأرض بشكل طبيعي مناخها ، وفقًا لدراسة جديدة أجراها باحثون في جامعة UCL (كلية لندن الجامعية) وييل.

تعمل دورة الكربون ، وهي العملية التي ينتقل بها الكربون بين الصخور والمحيطات والكائنات الحية والغلاف الجوي ، مثل منظم الحرارة الطبيعي للأرض ، حيث تنظم درجة حرارته على مدى فترات زمنية طويلة.

في دراسة جديدة نشرت في المجلة طبيعة, les chercheurs ont examiné des échantillons de roches couvrant les trois derniers milliards d’années et ont trouvé des preuves d’un changement radical dans le fonctionnement de ce cycle il y a environ 400 millions d’années, lorsque les plantes ont commencé à coloniser الأرض.

على وجه التحديد ، لاحظ الباحثون تغيرًا في كيمياء مياه البحر تم تسجيله في الصخر يشير إلى تغير كبير في التكوين العام للطين – “مصنع الطين المعدني” – من المحيطات إلى البحر.

أخذ عينات من رواسب Ordovician (450 مليون سنة) من قبل المؤلف الأول Boriana Kalderon-Asael. الائتمان: أشلي هود

نظرًا لأن تكوين الطين في المحيط (التجوية العكسية) يؤدي إلى إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، في حين أن الطين على الأرض هو منتج ثانوي للتجوية الكيميائية التي تزيل ثاني أكسيد الكربون من الكربون من الهواء ، وهذا يقلل من كمية الكربون في الغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى كوكب أكثر برودة ومناخًا مسننًا ، مع فترات جليدية متناوبة وفترات أكثر دفئًا.

اقترح الباحثون أن هذا التغيير نتج عن انتشار النباتات البرية التي تحافظ على التربة والطين على الأرض ، وتمنع انتقال الكربون إلى المحيط ، ونمو الحياة البحرية باستخدام السيليكون لها. الهياكل العظمية وجدرانها الخلوية ، مثل الإسفنج ، وحدها – الطحالب الخلوية والأشعة (مجموعة من البروتوزوا) ، مما يؤدي إلى انخفاض في السيليكون في مياه البحر اللازمة لتكوين الطين.

قال المؤلف الرئيسي الدكتور فيليب بوج فون ستراندمان (UCL Earth Sciences): “تشير دراستنا إلى أن دورة الكربون عملت بطرق مختلفة اختلافًا جوهريًا في معظم تاريخ الأرض مقارنةً باليوم.

“يبدو أن التغيير ، الذي حدث تدريجيًا بين 400 و 500 مليون سنة مضت ، مرتبط باثنين من الابتكارات البيولوجية الرئيسية في ذلك الوقت: انتشار النباتات على الأرض ونمو الكائنات البحرية التي تستخرج السيليكون منها. الماء لتكوينها جدران الهيكل العظمي والخلوي.

قبل هذا التغيير ، ظل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي مرتفعًا ، مما أدى إلى استقرار مناخ الصوبة. منذ ذلك الحين ، انتعش مناخنا بين العصور الجليدية والفترات الأكثر دفئًا. هذا النوع من التغيير يدعم التطور وخلال هذه الفترة تسارع تطور الحياة المعقدة ، مع تكوين الحيوانات البرية لأول مرة.

“الغلاف الجوي المنخفض الكربون هو أيضًا أكثر حساسية للتغيير ، مما يسهل على البشر التأثير على المناخ عن طريق حرق الوقود الأحفوري.”

قالت المؤلفة الأولى بوريانا كالديرون-أسيل ، طالبة الدكتوراه في جامعة ييل: “من خلال قياس نظائر الليثيوم في الصخور التي تغطي معظم تاريخ الأرض ، سعينا إلى تحديد ما إذا كان أي شيء قد تغير في أداء دورة الكربون على مدى فترة زمنية كبيرة. اكتشفنا أن هذا هو الحال ، ويبدو أن هذا التغيير مرتبط بنمو الحياة النباتية على الأرض والحياة الحيوانية باستخدام السيليكون في البحر. “

في الدراسة ، قاس الباحثون نظائر الليثيوم في 600 عينة صخرية مأخوذة من العديد من المواقع المختلفة حول العالم. يحتوي الليثيوم على اثنين من النظائر المستقرة بشكل طبيعي – أحدهما به ثلاثة بروتونات وثلاثة نيوترونات ، والآخر به ثلاثة بروتونات وأربعة نيوترونات.

عندما يتشكل الطين ببطء على الأرض ، فإنه يفضل بشدة الليثيوم 6 ، تاركًا المياه المحيطة غنية بالنظير الأثقل الآخر ، الليثيوم 7. من خلال تحليل عيناتهم باستخدام مقياس الطيف الكتلي ، وجد الباحثون زيادة في مستويات نظير الليثيوم 7 في مياه البحر المسجلة في الصخور بين 400 و 500 مليون سنة مضت ، مما يشير إلى حدوث تحول كبير في إنتاج الطين على الأرض بالتزامن مع انتشار النباتات على الأرض و ظهور الحياة البحرية باستخدام السيليكون.

يتشكل الطين على الأرض كبقايا للعوامل الجوية الكيميائية ، وهي العملية الرئيسية طويلة المدى التي يتم من خلالها إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. يحدث هذا عندما يتحد الكربون الموجود في الغلاف الجوي مع الماء ليشكل حامضًا ضعيفًا ، وهو حمض الكربونيك ، الذي يسقط على الأرض على شكل مطر ويذوب الصخور ، ويطلق الأيونات ، بما في ذلك أيونات الكالسيوم ، التي تتدفق في المحيط. في النهاية ، يتم حبس الكربون في الصخور في قاع المحيط. في المقابل ، يتم عكس اختزال الكربون عن طريق التمثيل الضوئي في النباتات بمجرد تحلل النباتات ونادرًا ما يؤثر على مستويات ثاني أكسيد الكربون بمرور الوقت الذي يزيد عن بضع مئات من السنين.

عندما يتشكل الطين في المحيط ، يبقى الكربون في الماء ويتم إطلاقه في النهاية في الهواء كجزء من التبادل المستمر للكربون الذي يحدث عندما يلتقي الهواء بالماء.

المرجع: “منظور الليثيوم والنظائر حول تطور دورات الكربون والسيليكون” بقلم بوريانا كالديرون أسيل ، يواكيم إيه آر كاتشينوف ، نوح ج.بلانافسكي ، أشلي ضد. S. Hood، Mathieu Dellinger، Eric J. Bellefroid، David S. Jones، Axel Hofmann، Frantz Ossa Ossa، Francis A. Macdonald، Chunjiang Wang، Terry T. Isson، Jack G. Murphy، John A. Higgins، A. Joshua ويست ، مالكولم دبليو والاس ، دان أسيل وفيليب إيه إي بوج فون ستراندمان ، 14 يوليو 2021 ، طبيعة.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03612-1

تلقت الدراسة دعمًا من مجلس البحوث الأوروبي ووكالة ناسا.