صخره های اعماق دریا به اکسیژن اولیه روی زمین اشاره می کنند

جاسپر قرمز از لایه‌هایی با قدمت ۳.۴۶ میلیارد سال نشان می‌دهد که نه تنها اقیانوس‌ها در آن زمان حاوی اکسیژن فراوان بودند، بلکه به گفته زمین‌شناسان، جو به اندازه امروز غنی از اکسیژن بود.

این چرت غنی از جاسپر یا هماتیت به روشی مشابه شکل گیری این سنگ در اطراف دریچه های گرمابی در اعماق اقیانوس های امروزی شکل گرفته است.

هیروشی اوهموتو، استاد ژئوشیمی در ایالت پن، گفت: «بسیاری از مردم تصور می‌کنند که هماتیت در سنگ‌های باستانی از اکسیداسیون سیدریت در جو مدرن به وجود آمده است. «به همین دلیل است که می‌خواستیم عمیق‌تر، زیر سطح آب حفاری کنیم و سنگ‌های فرسوده را بازیابی کنیم."

محققان به صورت مورب در پایه تپه ای در پیلبارا کراتون در شمال غربی استرالیا حفاری کردند تا نمونه هایی از جاسپر به دست آورند که نمی توانست در معرض جو یا آب قرار بگیرد. قدمت این یاس‌ها به 3.46 میلیارد سال پیش می‌رسد.

"همه موافقند که این جاسپر 3.46 میلیارد سال قدمت دارد." او در شماره اخیر Nature Geoscience گزارش داد: "اگر هماتیت توسط اکسیداسیون سیدریت در هر زمانی تشکیل می شد، هماتیت در قسمت بیرونی سیدریت یافت می شد، اما در داخل آن یافت می شود."

مرحله بعدی تعیین این بود که آیا هماتیت در نزدیکی سطح آب یا در اعماق تشکیل شده است. ترکیبات آهن در معرض نور فرابنفش می توانند هیدروکسید آهن را تشکیل دهند که می تواند به عنوان ذرات ریز به پایین فرو رود و سپس در دمای حداقل 140 درجه فارنهایت به هماتیت تبدیل شود.

اوهموتو می گوید: «تعدادی از موارد در سراسر جهان وجود دارد که هماتیت به این شکل تشکیل می شود. بنابراین فقط به دلیل وجود هماتیت، لزوماً اکسیژن در آب یا جو وجود ندارد.»

کلید تعیین اینکه نور ماوراء بنفش یا اکسیژن هماتیت را تشکیل داده است، ساختار کریستالی خود هماتیت است. اگر پیش سازهای هماتیت در سطح تشکیل می شدند، ساختار کریستالی سنگ از تجمع ذرات کوچک تشکیل می شد و کریستال های بزرگ با فضاهای خالی زیادی بین آنها تولید می کرد. با استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری، محققان آن ساختار کریستالی را پیدا نکردند.

"ما دریافتیم که هماتیت از این هسته از یک بلور ساخته شده است و بنابراین هماتیت توسط تابش فرابنفش ساخته نشده است."

این تنها در صورتی می تواند اتفاق بیفتد که اعماق اقیانوس حاوی اکسیژن باشد و مایعات غنی از آهن در دمای بالا در تماس باشند. اوهموتو و تیم او معتقدند که این لایه خاص از هماتیت زمانی تشکیل شد که توده ای از آب گرم شده، مانند آنچه امروزه در دریچه های گرمابی یافت می شود، با استفاده از اکسیژن محلول در اعماق آب اقیانوس، ترکیبات آهن را به هماتیت تبدیل کرد.

Ohmoto گفت: "این توضیح می دهد که چرا این هماتیت فقط در مناطقی با آتشفشان فعال زیردریایی یافت می شود." "همچنین به این معنی است که 3.46 میلیارد سال پیش اکسیژن در جو وجود داشته است، زیرا تنها مکانیسم وجود اکسیژن در اعماق اقیانوس ها وجود اکسیژن در جو است."

در واقع، محققان پیشنهاد می کنند که برای داشتن اکسیژن کافی در عمق، ۳.۴۶ میلیارد سال پیش باید به اندازه جو امروزی اکسیژن در جو وجود داشته باشد. برای داشتن این مقدار اکسیژن، زمین باید دارای موجودات مولد اکسیژن مانند سیانوباکتری ها باشد که به طور فعال آن را تولید می کنند و این موجودات را بسیار زودتر از آنچه قبلا تصور می شد در تاریخ زمین قرار داده است.

"معمولاً، ما به بقایای آنچه فکر می کنیم فعالیت بیولوژیکی است برای درک زیست شناسی زمین نگاه می کنیم." "رویکرد ما منحصر به فرد است زیرا ما به اکسید آهن معدنی برای رمزگشایی فعالیت بیولوژیکی نگاه می کنیم."

Ohmoto پیشنهاد می کند که این رویکرد مشکلات مربوط به تصمیم گیری در مورد اینکه آیا بقایای کربن موجود در رسوبات به طور بیولوژیکی ایجاد شده اند یا صرفاً مصنوعات شیمیایی هستند را از بین می برد.

سایر محققان این مطالعه عبارتند از Masamichi Hoashi، دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه کاگوشیما، ژاپن. آرتور اچ. هیکمن، زمین شناس با سازمان زمین شناسی استرالیای غربی. ساتوشی اوتسونومیا، دانشگاه کیوشو، ژاپن، و دیوید سی. بواکوا و سوباسا اوتاکه، دانشجویان سابق کارشناسی ارشد و دکتری ایالت پن، ایالت پن. و یومیکو واتانابه، همکار پژوهشی، ایالت پن.

موسسه اختربیولوژی ناسا از این کار پشتیبانی کرد.