Η ζωή θα μπορούσε να υπάρξει στη Γη 4.3 δισ. έτη πριν, φανερώνουν ανακαλυφθέντα ζιρκόνια.

Από άρθρο της NASA και του BBC  17-Ιανουαρίου-2001

Ενας μικροσκοπικός κρύσταλλος λίγο παχύτερος από δύο ανθρώπινες τρίχες, είναι το παλαιότερο γήινο υλικό που έχει βρεθεί ποτέ και μπορεί να αναγκάσει σε μια επαναξιολόγηση στο πως φαινόταν ο πλανήτης μας στα αρχικά στάδια του. Τα μικροσκοπικά κρύσταλλα ζιρκονίου (zircon) που βρίσκονται στις αρχαίες εναποθέσεις των ρευμάτων προτείνουν ότι οι ήπειροι της Γης και το υγρό ύδωρ σχηματίσθηκαν εντυπωσιακά πιό σύντομα μετά από τον σχηματισμό του πλανήτη μας. Συγκεκριμμένα ο σχηματισμός στερεού φλοιού και των ωκεανών έλαβε χώρα μόλις 200 εκατ. χρόνια μετά το σχηματισμό της Γης, δηλαδή πριν από 4.5 - 4.6 δισ. χρόνια. Επομένως, η ζωή στη Γη ενδέχεται να εμφανίστηκε παλαιότερα από ό,τι πιστεύεται σήμερα.

Oι επιστήμονες σχεδιάζουν ένα πορτρέτο για το πώς η Γη φαινόταν αμέσως μετά την διαμόρφωσή της 4.56 δισεκατομμύριο έτη πριν, βασισμένοι σε ενδείξεις μέσα στους παλαιότερους κόκκους ορυκτών που έχουν βρεθεί ποτέ. Οι κρύσταλλοι θεωρούνται ότι προέκυψαν από γρανιτικό μάγμα που σχηματίστηκε σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης σε βάθος περίπου 16 χιλιομέτρων από την επιφάνεια.

Τα μικροσκοπικά zircons (κρύσταλλα πυριτικών αλάτων ζιρκονίου) που βρίσκονται στις αρχαίες εναποθέσεις των ρευμάτων δείχνουν ότι η Γη ανέπτυξε τις ηπείρους και το ύδωρ -- ίσως ακόμη και τους ωκεανούς και τα περιβάλλοντα στα οποία η μικροβιακή ζωή θα μπορούσε να προκύψει -- 4.3 δισεκατομμύριο έως 4.4 δισεκατομμύριο έτη πριν, εντυπωσιακά πιό σύντομα μετά από την δημιουργία του πλανήτη μας.

Δεξιά: H Ηλικία της Γης, βάσει του πρόσφατου ανακαλυφθέντος ζιρκονίου.

Τα συμπεράσματα που ήλθαν από δύο ερευνητικές ομάδα, μία στην Αυστραλία και η άλλη στις Ηνωμένες Πολιτείες προτείνουν ότι το "υγρό ύδωρ σταθεροποιείται πολύ νωρίς στους πλανήτες τύπου γης," είπε ο γεωλόγος Stephen Mojzsis ένα μέλος του Πανεπιστημίου του Ιδρύματος της NASA Astrobiology του Κολοράντο.  "Αυτό αυξάνει την πιθανότητα να βρεθεί ζωή αλλού στον κόσμο" επειδή οι συνθήκες που συμβάλλουν στη ζωή μπορούν προφανώς να αναπτυχθούν γρηγορότερα και ευκολότερα από αυτό που πιστευόταν κάποτε.

Επίσης "μας δίνει μια νέα άποψη της πρόωρης Γης, όπου η Γη ψύχθηκε γρήγορα" μετά από το αέριο και τη σκόνη στο νεογέννητο ηλιακό σύστημα, που καταψύχεται για να διαμορφώσει τους πλανήτες, λέει ο γεωλόγος William Peck του Πανεπιστημίου της Colgate στο Χάμιλτον, Νέα Υόρκη. "Υπήρξαν ήπειροι και ύδωρ πραγματικά νωρίς -- και ίσως ωκεανοί και ζωή -- όλοι που εξαλείφονται αργότερα από τους μετεωρίτες, με σχεδόν κανένα αρχείο που να έχει παραμείνει εκτός από αυτά τα ζιρκόνια (zircons)."

Μέχρι κατά προσέγγιση 3.9 δισεκατομμύρια έτη πριν, σμήνη των κομητών και οι μετεωρίτες κτυπούσαν με ορμή τη νεαρή Γη αρκετά συχνά για να ατμοποιήσουν περιστασιακά τις επιφανειακές ζώνες των ωκεανών και να σβήσουν οποιαδήποτε ζωή που κατοικούσε εκεί. Τα πιό πρόωρα γνωστά στοιχεία της μικροβιακής ζωής στη γη προέρχονται από τα αχνάρια ισοτόπων του άνθρακα που ερευνώνται από τον Mojzsis και τους συναδέλφους του στα παλαιά ιζήματα της Γροιλανδίας 3.85 δισεκατομμυρίων ετών.

Τώρα, τα ζιρκόνια από την δυτική Αυστραλία καταδεικνύουν ότι οι ήπειροι και το νερό υπήρξαν 4.3 δισεκατομμύρια έως 4.4 δισεκατομμύρια έτη πριν. "Η ζωή θα μπορούσε να είχε την ευκαιρία να αρχίσει 400 εκατομμύριο έτη νωρίτερα από τα προηγούμενα τεκμήρια," είπε ο Mojzsis.

"Η ζωή θα μπορούσε να είχε εμφανιστεί πολλές φορές, απλώς για να συνθλιφτεί, και παίρνει μια ανάσα μόλις ελαττώνονται οι μετεωρίτες,", προσθέτει ο Peck.

Ο Mojzsis και ο Peck ανήκουν στις χωριστές ερευνητικές ομάδες, μια που βρήκε ένα    4.4 δισ. ετών παλαιό ζιρκόνιο το 1999 και μια άλλη ομάδα που ξέθαψαν ένα ζευγάρι 4.3 δισ. ετών -παλαιών ζιρκονίων πέρυσι από την ίδια περιοχή του σχηματισμού βράχου λόφων του Jack της Δυτικής Αυστραλίας. Και οι δύο ομάδες δημοσίευσαν τις μελέτες τους στις 11 Ιανουαρίου 2001, στο βρετανικό περιοδικό Nature.

Αυτό το ζιρκόνιο των 4.4 δισεκατομμυρίων ετών είναι το "πιό πρόωρο αρχείο μας της πρώϊμης κρούστας  στη Γη," λέει ο Peck. Αυτό το ζιρκόνιο και οι ελαφρώς νεώτεροι κόκκοι ζιρκονίου έχουν διάσταση κατά προσέγγιση 250 μm.

Αριστερό: Η περιοχή του Jack Hills της Δυτικής Αυστραλίας, όπου ανακαλύφθηκαν τα ζιρκόνια.

Η ιστορία τους άρχισε κάποτε μετά από την διαμόρφωση της Γης, όταν το "υγρό ύδωρ αλληλεπίδρασε με τους βράχους," συνέχισε αυτός. Εκείνη η αλληλεπίδραση μπορεί να συμβεί με έναν από τρεις τρόπους:
Όταν το νερό ανταλλάσσεται με τα μεταλλεύματα στους βράχους, όταν αυξάνονται οι κρύσταλλοι από τη διάλυση στο επιφανειακό νερό, ή όταν κατακάθονται οι ορυκτές φλέβες. Η έκθεση στο νερό αύξησε την χαμηλή αναλογία του σπάνιου ισοτόπου οξυγόνου-18 των βράχων, προς το κοινό ισότοπο οξυγόνο-16, είπε. Η παρατήρηση αυτή για το υψηλώτερο ποσοστό του Ο-18 είναι αυτή που οδήγησε τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι ο κρύσταλλος ψύχθηκε απότομα από υγρό νερό μετά το σχηματισμό του.

Αργότερα, οι βράχοι λειάνθηκαν υπόγεια -- ή ίσως κατά τη διάρκεια ενός βομβαρδισμού των  μετεωριτών -- και τα ζιρκόνια που διαμορφώνονται ως κρύσταλλα μέσα στο λειωμένο γρανίτη που ψυχόταν για να διαμορφώσει το στερεό βράχο.

Ο γρανίτης με το ζιρκόνιο στο εσωτερικό του ήταν τελικά η ώθηση για να διαμορφωθούν πρός τα πάνω τα βουνά, τα οποία διαβρώθηκαν αργότερα. Ο γρανίτης εξαφανίστηκε, αλλά τα ζιρκόνια  ήρθαν τελικά να αναπαυθούν 3 δισεκατομμύριο έτη πριν στα αμμώδη αυστραλιανά ρεύματα ιζημάτων. Αυτά τα ιζήματα σκλήρηναν αργότερα στους βράχους που στη συνέχεια από τη θερμότητα και τη πίεση τροποποιήθηκαν.

Και οι δύο ερευνητικές ομάδες χρησιμοποίησαν τα όργανα που αποκαλούνται ion microprobes και αναλύουν τα κρύσταλλα ζιρκονίων, τα οποία περιέχουν συχνά ουράνιο, σπάνιας στοιχεία της Γης και άλλες ακαθαρσίες. Το ραδιενεργό ουράνιο αποσυντίθεται για να οδηγηθεί σε ένα γνωστό ποσοστό. Οι αναλογίες δε ουρανίου-μολύβδου στα ζιρκόνια έδειξαν ότι διαμορφώθηκαν  πριν από 4.4 δισ. έως 4.3 δισ. έτη, όταν τότε κρυστάλλωσαν μέσα στο λειωμένο γρανίτη.

Δεξιά: Η μικροσκοπική άποψη ενός κρυστάλλου zircon (πυριτικό άλας ζιρκονίου) που καθορίστηκε πως είναι 4.4 δισεκατομμυρίων ετών.

Η ηπειρωτική κρούστα είναι διαφορετική από την κρούστα που κρύβεται κάτω από τους ωκεανούς. Ο γρανίτης είναι ένας κοινός βράχος στις ηπείρους. Και τα ζιρκόνια συνήθως κρυσταλλώνονται  στο γρανίτη.

Έτσι τα ζιρκόνια δείχνουν ότι ο γρανίτης ήταν παρόν 4,3 δισ. έως 4.4 δισεκατομμύρια έτη πριν, ενώ ο γρανίτης σημαίνει πως οι ήπειροι υπήρξαν εκείνη την περίοδο. Τέτοιος παλαιός γρανιτένιος βράχος δεν έχει ξαναβρεθεί, Όλοι αυτοί έχουν διαβρωθεί πολύ πριν ή έχουν ανακυκλωθεί. Τα αρχαία ζιρκόνια επιζούν των απομειναριών του γήινου φλοιού γρανίτη από τις απαρχές της Γης.

"Το γεγονός πως έχετε ένα 4.4 δισ. ετών παλαιό ζιρκόνιο από γρανίτη, δηλώνει πως έπρεπε να προϋπάρχει ο βράχος της ηπειρωτικής κρούστας," είπε ο γεωλόγος Sam Bowring του MIT.

Η ιοντική μικροανάλυση των σπάνιων γήινων στοιχείων μέσα τα κρύσταλλα ζιρκονίου βρήκε επίσης τα χαρακτηριστικά επίπεδα των ηπειρωτικών βράχων, λέει ο Peck.

Η παρουσία ύδατος στη νεαρή Γη επιβεβαιώθηκε όταν ανέλυσαν και οι δύο ομάδες τα zircons για τα ισότοπα οξυγόνου και βρήκαν την αποκαλυπτική υπογραφή στα βράχια που έχουν αγγιχτεί από το νερό: μια ανεβασμένη αναλογία οξυγόνο-18 προς το συνηθισμένο οξυγόνο-16.

Κατά συνέπεια, "ξέρουμε ότι υπήρξε υγρό ύδωρ σε κάποιο σημείο πριν από 4.4 δισεκατομμύρια έτη πριν," λέει ο Peck. Το υγρό ύδωρ έπρεπε να συλλεχτεί κάπου, ανεβάζοντας τη πιθανότητα να υπήρχαν οι ωκεανοί, πρόσθεσε.

Είπε ότι είναι επίσης πιθανόν να υπήρξαν ωκεανοί επειδή "για να κάνετε τις ηπείρους, πρέπει να έχετε το νερό."

Και ο Peck συνεχίζει ότι προτού να υπάρξουν ωκεανοί, γιγαντιαίοι δίσκοι της γήινης κρούστας θα μπορούσαν ήδη να αρχίσουν την κίνηση και τη σύγκρουση η μια με την άλλη, αναγκάζοντας   μεγάλα block βράχων να βουτήξουν προς τα κάτω σε μια διαδικασία αποκαλούμενη subduction. Χωρίς ωκεανούς, που ο βράχος δεν θα μπορούσε να λειώσει και να διαμορφώσει ένα ηπειρωτικό βράχο όπως τον γρανίτη, είπε.

Κάτω: Επάνθιση του τύπου βράχου όπου τα zircons ανακαλύφθηκαν. Το σφυρί παρουσιάζει την κλίμακα του χώρου.
Εντούτοις μόλις υπήρξαν οι ωκεανοί, το νερό της θάλασσας θα είχε αντιδράσει με και την ενυδατωμένη λάβα που εκρήγνυται από τα υποθαλάσσια ηφαίστεια στις μεσο-ωκεάνιες κορυφογραμμές. Η λάβα έπειτα θα είχε ψυχθεί και θα είχε διαμορφώσει ένα νέο θαλάσσιο πυθμένα, ο οποίος υποχώρησε αργότερα. Το νερό που παγιδεύεται στα μεταλλεύματα μέσα στον βυθισμένο βράχο ελάττωσε το σημείο τήξης του, προκαλώντας ηφαιστειακές εκρήξεις που παρήγαγαν πιθανώς τις αλυσίδες των νησιών φιαγμένες από γρανιτένιους βράχους. Θεωρείται ότι τέτοια "τόξα νησιών" τελικά συγκεντρώθηκαν μαζί για να διαμορφώσουν τις ηπείρους.

"Οι ωκεανοί, η ατμόσφαιρα και οι ήπειροι ήταν στη θέση τους πριν από 4.3 δισεκατομμύρια έτη πριν," είπε ο Mojzsis.

Σύμφωνα με τον Peck, οι πρώτοι ωκεανοί μπορούσαν να έχουν διαμορφωθεί από το νερό που ήλθε στη Γη από τους κομήτες ή έχουν εκπεμφθεί κατά τη διάρκεια των πρόωρων ηφαιστειακών εκρήξεων από αυτές που έγιναν στις μεσο-ωκεάνιες κορυφογραμμές.

Τα ζιρκόνια προτείνουν ότι η ζωή θα μπορούσε να υπάρξει στη Γη 4.3 δισεκατομμύρια έτη πριν, συνέχισε ο Mojzsis, επειδή τρεις βασικοί παράγοντες απαραίτητοι για τη ζωή είχαν λάβει τότε θέση, ήταν δηλαδή παρόντες: Η ενέργεια, το οργανικό υλικό (από τους εισερχόμενους κομήτες και τις ατμοσφαιρικές αντιδράσεις) και -- σύμφωνα με τα δεδομένα των ζιρκονίων  -- υγρό νερό.