Ποιες αλλαγές έγιναν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη τα τελευταία 3,9 δισ. χρόνια

Πηγή: Carnegie Institution, Μάιος 2005

Τεχνικές που χρησιμοποιούνται και στα μεταλλεύματα, αποκαλύπτουν τα βήματα που οδήγησαν στην εξέλιξη της ατμόσφαιρας στη Γη. Ο Douglas Rumble του Γεωφυσικού Εργαστηρίου του Ιδρύματος Carnegie, περιγράφει σε ένα άρθρο του, που δημοσιεύεται στο περιοδικό American Mineralogist τις τεχνικές που χρησιμοποίησε κατά τη διάρκεια των τελευταίων πέντε ετών.  Οι μελέτες των ειδικών έχουν οδηγήσει τους ειδικούς να καταλάβουν τι ήταν αυτό που δημιούργησε το προστατευτικό στρώμα του όζοντος και την ατμόσφαιρα στον πλανήτη μας, τα τελευταία 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια.

"Βράχοι, απολιθώματα, και άλλα φυσικά λείψανα διατηρούν ενδείξεις για τα αρχαία περιβάλλοντα υπό τη μορφή διαφορετικών αναλογιών των ισοτόπων ορισμένων στοιχείων. Τα ισότοπα είναι πυρήνες με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων", εξηγεί ο Rumble. "Το νερό της θάλασσας, το νερό της βροχής, το οξυγόνο, και το όζον, παραδείγματος χάριν, έχουν διαφορετικές αναλογίες, ή καλύτερα δακτυλικά αποτυπώματα, των ισοτόπων του οξυγόνου 16O, 17O, και 18O. Η διάβρωση, το υπόγειο νερό, και η άμεση απόθεση των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων αλλάζουν τις αναλογίες των ισοτόπων σε έναν βράχο. Με αυτό τον τρόπο αποκαλύπτεται το προηγούμενο κλίμα πάνω στη Γη".

Η εργασία του Rumble περιγράφει πώς οι γεωχημικοί, μεταλλειολόγοι και ορυκτολόγοι μελετούν τις ανωμαλίες των ισοτόπων του οξυγόνου και του θείου για να συναρμολογήσουν τα κομμάτια του παζλ, για το τι συνέβη στην ατμόσφαιρά μας πριν, περίπου, 3,9 δισεκατομμύρια έτη, όταν σχηματίστηκε ο φλοιός του πλανήτη μας και δεν υπήρχε τότε καθόλου οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, έως έναν κόσμο με οξυγόνο από 2,3 δισεκατομμύρια έτη πριν έως και σήμερα.

Στην εργασία αυτή των επιστημόνων έγινε ανάλυση των μεταλλευμάτων επιφάνειας από όλη την υδρόγειο, με χρήση δορυφόρων και αερόστατων με σκοπό να συλλέξουν δείγματα από την στρατόσφαιρα και να μελετήσουν πυρήνες πάγου από την Ανταρκτική. Ακολούθως έγιναν εκτεταμένα εργαστηριακά πειράματα και έτρεξαν ειδικά μοντέλα προσομοίωσης σε υπολογιστές.

Η σύνθεση των αποτελεσμάτων από διαφορετικά επιστημονικά πεδία και τεχνικές έδειξε ότι η υπεριώδης ακτινοβολία (UV) του Ήλιου ήταν η πιο σημαντική κατευθυντήρια δύναμη για την ατμοσφαιρική εξέλιξη. Τα φωτόνια της ηλιακής UV ακτινοβολίας οδήγησαν στην παραγωγή του όζοντος στην ατμόσφαιρα, εμπλουτισμένο με τα ισότοπα 17O και 18O, έτσι με αυτόν τον τρόπο οι ισοτοπικές υπογραφές μας αποκάλυψαν την ιστορία της ατμόσφαιρας . Το στρώμα του όζοντος άρχισε να σχηματίζεται όταν η ατμόσφαιρα έγινε πλούσια σε οξυγόνο, και από τότε έχει προστατεύσει τον πλανήτη μας από τις επιβλαβείς ηλιακές ακτίνες, ενώ έκανε δυνατή την εμφάνιση της ζωής πάνω στη γήινη επιφάνεια. 

Η ανακάλυψη των ανωμαλιών στην αναλογία των ισοτόπων, κάτι όπου κανείς δεν το είχε υποψιαστεί προηγουμένως, προσθέτει ένα νέο εργαλείο στην έρευνα για τις σχέσεις μεταξύ των μεταβολών στην ατμοσφαιρική χημεία, αλλά και την αλλαγή του κλίματος. Τέλος οι λεπτομερείς μελέτες των πυρήνων του πολικού πάγου και των εκτεθειμένων αποθέσεων στις ξηρές κοιλάδες της Ανταρκτικής, μπορούν να συνεισφέρουν στην καλύτερη κατανόηση της ιστορίας της τρύπας του όζοντος.

Άλλες μελέτες

Με βάση παρόμοιου είδους μελέτες τα σύγχρονα εργαστηριακά μας πειράματα, τα οποία αναπαριστούν τη χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας της αρχέγονης Γης και τις συνθήκες που επικρατούσαν τότε, απέδειξαν ότι οδηγούν στη δημιουργία μορίων, όπως είναι τα αμινοξέα και οι οργανικές βάσεις, που μαζί με τα σάκχαρα (πεντόζες) και τα φωσφολιπίδια αποτελούν τα θεμελιώδη συστατικά της ζωής.

Στα πρώτα στάδια η εξέλιξη της ζωής ήταν αργή. Επί δυο δισεκατομμύρια χρόνια η διαδικασία της αναπαραγωγής των πρωτόγονων βακτηριδίων συνεχιζόταν, ενώ παράλληλα έμαθαν να χρησιμοποιούν το ηλιακό φως και το διοξείδιο του άνθρακα για τροφή και να αποβάλλουν το οξυγόνο ως απόβλητο της πρώτης φωτοσυνθετικής διαδικασίας. Το αποβαλλόμενο οξυγόνο άλλαξε σιγά-σιγά την ατμόσφαιρα της Γης, σχηματίζοντας συγχρόνως ένα λεπτό στρώμα όζοντος που παρεμπόδιζε την υπεριώδη ακτινοβολία του Ηλίου να φτάσει στην επιφάνεια, δίνοντας έτσι την ευκαιρία να γεννηθούν οι πρώτες πολυκύτταρες μορφές ζωής πριν από τουλάχιστον 700 εκατομμύρια χρόνια.

Οι διάφοροι αυτοί οργανισμοί μετεξελίχθηκαν σιγά-σιγά στους πολυκύτταρους ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς κατά την περίοδο μιας «εκρηκτικής» φάσης εμφάνισης των διάφορων μορφών ζωής που είναι γνωστή ως «Έκρηξη της Καμβρίου».

Τα πρώτα οστρακοειδή

Με το τέλος της Καμβρίου Περιόδου (πριν από 545-505 εκατομμύρια χρόνια) και την αρχή της Ορδοβικίου (πριν από 500-440 εκατομμύρια χρόνια) στη θάλασσα αναπτύχθηκαν τα πρώτα ζώα με όστρακα, τα πρώτα πρωτόγονα ψάρια, τα ασπόνδυλα αρθρωτά όπως οι τριλοβίτες, τα βραχιονόποδα, τα κοράλλια, τα κρινοειδή, τα φύκια και τα πρώτα πρωτόγονα φυτά τα οποία προς το τέλος της περιόδου μεταφέρθηκαν σιγά-σιγά και στην ξηρά.

Στην επόμενη γεωλογική περίοδο (τη Σιλούριο πριν από 440-410 εκατομμύρια χρόνια) εμφανίστηκαν οι πρώτοι κοραλλιογενείς ύφαλοι και τα πρώτα σπονδυλωτά "ψάρια.

Στη διάρκεια της Δεβονίου περιόδου (πριν από 410-360 εκατομμύρια χρόνια) τα φυτά δεν είχαν μεγαλύτερο ύψος του ενός μέτρου, ενώ προς τα τέλη της εμφανίζονται οι φτέρες, τα πρώτα δέντρα και τα πρώτα δάση. Επίσης άρχισαν να εμφανίζονται και τα πρώτα αρθρόποδα, ενώ στις θάλασσες υπήρχαν τα εχινόδερμα, οι αμμωνίτες και πολλά νέα ψάρια. Στην ξηρά είχε αρχίσει ήδη η περίοδος που είναι γνωστή ως «Εποχή των Δεινοσαύρων» και τα δάση με τις φτέρες είχαν αρχίσει να αντικαθίστανται από τα πρώτα κωνοφόρα. Έτσι στην περίοδο των 185 εκατομμυρίων χρόνων που διήρκεσε η Μεσοζωική εποχή των γεωλογικών ανακατατάξεων (πριν από 250 έως 65 εκατομμύρια χρόνια) οι δεινόσαυροι κυριάρχησαν πάνω σε όλα τα μήκη και τα πλάτη της Γης, από τους πόλους μέχρι τον Ισημερινό.

Αφανισμός

Ξαφνικά, τα τεράστια αυτά κοπάδια εξαφανίστηκαν. Κάτω από την επιφάνεια των ωκεανών, η ζωή αφθονούσε. Αν και οι καρχαρίες είχαν ήδη κάνει την εμφάνιση τους, τα μεγαλύτερα σαρκοβόρα των θαλασσών ήταν τα ερπετά, σαν τον ιχθυόσαυρο, που ήταν ευκίνητα, γρήγορα και καλά οπλισμένα με δόντια και νύχια.

Και ξαφνικά, το 90% της θαλάσσιας ζωής αφανίστηκε. Όπως αρκετές προηγούμενες καταστροφές, ο μεγάλος αφανισμός φαίνεται ότι ήρθε κι αυτός από τον ουρανό. Πριν από 65 εκατομμύρια χρόνια, ένα βουνό, διπλάσιο σε μέγεθος από το Εβερεστ, συγκρούστηκε με τη Γη, σχηματίζοντας έναν κρατήρα με διάμετρο 300 χλμ. Η σκόνη κάλυψε τη Γη επί χιλιάδες ίσως χρόνια, βυθίζοντας τη στο σκοτάδι. Χωρίς τον ήλιο, τα φυτά πέθαναν, και χωρίς τα φυτά, πρώτα τα φυτοφάγα και κατόπιν τα σαρκοφάγα ζώα εξαφανίστηκαν από το πρόσωπο της Γης. Οι σπόροι, καθώς και μερικά είδη φυτών επέζησαν, όπως επέζησαν επίσης και ορισμένα μικρόσωμα ζώα με βάρος μέχρι 25 κιλά που ζούσαν σε λαγούμια κάτω από το έδαφος και τρέφονταν με υπολείμματα φυτών και ζώων.

Οι δεινόσαυροι, όμως, όχι. Αν συνέχιζαν να βασιλεύουν ανεμπόδιστα, είναι πιθανόν εμείς οι άνθρωποι να μην είχαμε εμφανιστεί ποτέ. Πράγμα που σημαίνει ότι όλοι μας οφείλουμε την ύπαρξη μας σ' εκείνο το καταστροφικό γεγονός που έγινε πριν από 65 εκ. χρόνια.