اکتشافات جدید علمی نشان می‌دهدمخزن پنهان اکسیژن در اعماق زمینممکن است نقش مهمی در شکل‌گیری اتمسفر تنفس‌پذیر سیاره ما داشته باشد، که پرسش‌هایی جذاب درباره تکامل حیات مطرح می‌کند.

دانشمندان در یک کشف بی‌سابقه، از توانایی شگفت‌انگیز ماگما برای ذخیره مقادیر چشمگیریاکسیژناضافی پرده برداشته‌اند. این یافته‌ها باورهای دیرینه درباره ترکیب مواد مذاب را به چالش می‌کشد. اکنون، پژوهشگران معتقدند آزادسازی تدریجی این اکسیژن از لایه‌های زیرین، شاید میلیاردها سال پیش، در دگرگونی اتمسفر زمین و غنی‌شدن آن از اکسیژن سهمی کلیدی داشته و می‌تواند درک ما از پدید آمدن حیات در سیارات دیگر را نیز متحول سازد.

راز ذخیره اکسیژن ماگما برملا شد

اکسیژن یکی از فراوان‌ترین عناصر در داخل زمین است و بیش از نیمی از اتم‌های موجود در مواد سیلیکاتی را تشکیل می‌دهد. باوجود این فراوانی، دانشمندان به طور سنتی تصور می‌کردند که ماگما تنها می‌تواند مقدار مشخصی اکسیژن را بر اساس ترکیب شیمیایی و وضعیت بار الکتریکی سایر عناصر خود مانند سیلیسیم، منیزیم و آهن در خود جای دهد.

با این حال، پژوهش جدید به رهبری دکتر «یان‌هاو لین» و دکتر «هو-کوانگ مائو» از مرکز پژوهش پیشرفته علوم و فناوری فشار بالا (HPSTAR) به همراه پروفسور «هایانگ نیو» از دانشگاه پلی‌تکنیک شمال غربی و پروفسور «ویم ون وسترنن» از دانشگاه آزاد آمستردام، این فرضیه را به چالش کشیده است. یافته‌های آنها که در مجلهNational Science Reviewمنتشر شد، نشان می‌دهد که ماگما می‌تواند اکسیژن اضافی فراتر از نیاز شیمیایی خود را نیز جذب کند.

آزمایش‌های فشار بالا و کشف اکسیژن اضافی

برای بررسی این پدیده، دانشمندان شرایط موجود در اعماقزمینرا با استفاده از تجهیزات آزمایشگاهی که قادر به تولید فشارهای فوق‌العاده و دماهای بالا هستند، بازسازی کردند. آنها نمونه‌هایی از بازالتِ پشته میانی اقیانوس را تحت فشارهایی از فشار اتمسفریک معمولی تا ۷ گیگاپاسکال (تقریباً ۶۹٬۰۰۰ برابر فشار اتمسفر سطح زمین) و دماهای بین ۱۲۰۰ تا ۱۸۰۰ درجه سانتی‌گراد قرار دادند. با افزودن اکسید پلاتین (PtO2) برای ایجاد محیطی غنی از اکسیژن، مشخص شد که در فشار ۷ گیگاپاسکال، اکسیژن اضافی بیش از ۵ درصد وزن نمونه را تشکیل می‌دهد.

این در حالی است که در فشار عادی اتمسفر، تقریباً هیچ اکسیژن اضافی مشاهده نشد. این آزمایش‌ها به طور قطعی نشان داد که اکسیژن اضافی به ساختار ماده مذاب نفوذ کرده و به صورت حباب گاز محبوس نشده است. شبیه‌سازی‌های کامپیوتری پیشرفته نیز این یافته‌ها را تأیید کرده و نشان دادند که توانایی ماگما برای نگهداری اکسیژن اضافی با افزایش فشار افزایش می‌یابد.

• ماجرای نظریه زمین توخالی چیست؟
• راز گرمای کره خاکی: آیا درون زمین یک خورشید پنهان وجود دارد؟
• اکسیژن تاریک در اعماق دریا کشف شد

اکسیژن داخلی زمین و اتمسفر سیاره ما

این کشف یک پرسش بزرگ‌تر درباره تاریخ زمین مطرح می‌کند: آیا ماگما می‌تواند مقادیر قابل توجهی اکسیژن را از داخل زمین به سطح آن منتقل کرده باشد؟ پژوهشگران مکانیسمی احتمالی را پیشنهاد می‌کنند که بر اساس آن، ماگمای تولید شده در مناطق اکسید شده گوشته زمین می‌تواند در فشارهای عظیم زیرزمینی، مقادیر زیادی اکسیژن اضافی را جذب کند. با حرکت این ماگما به سمت بالا، فشار محیط کاهش یافته و اکسیژن اضافی از آن آزاد می‌شود. این اکسیژن می‌تواند به واکنش‌های شیمیایی منجر به افزایش اکسیداسیون گوشته بالایی، پوسته زمین و در نهایت اتمسفر کمک کند.

این مکانیسم پیشنهادی همچنین می‌تواند یک همزمانی جالب در گذشته زمین‌شناسی را توضیح دهد. بین تقریباً ۲.۵ میلیارد تا ۲.۰ میلیارد سال پیش، سطوح اکسیژن اتمسفر افزایش عمده‌ای را تجربه کرد. این دوره با شکل‌گیری برخی از بزرگترین مناطق آتشفشانی بزرگ (LIPs) زمین همپوشانی دارد. محاسبات اولیه تخمین می‌زند که اگر ماگمای فوران‌کرده در این دوره تنها ۰.۲۷ درصد از وزن خود را به صورت اکسیژن اضافی آزاد کرده باشد، این مقدار می‌تواند به طور نظری با کل اکسیژن موجود در اتمسفر کنونی زمین برابری کند. این کشف نه تنها درک ما از اقیانوس‌های ماگمایی باستانی و گاززدایی آتشفشانی را تغییر می‌دهد، بلکه می‌تواند در بررسی شرایط لازم برای پایداری محیط‌های قابل سکونت در سیارات سنگی دیگر نیز حائز اهمیت باشد و بینشی نوین درباره تکامل سیاره ما و حیات در آن ارائه دهد.