يمتلك كوكب الأرض بعض الصفات الرائعة حقًا. (المراجعات السلبية، لا بد من القول، تركز في الغالب على الموظفين والزبائن.) في مقدمة المزايا يأتي الغلاف الجوي الغني بالأكسجين، لكن ذلك لم يحدث بين ليلة وضحاها - استغرق الأمر بضعة مليارات من السنين من التطور لجعل العالم ملائمًا للحياة الحيوانية مثلنا.
لدى العلماء الكثير من الأفكار حول ما قد يكون سببًا في زيادة الأكسجين، ويبدو أن العديد منها صحيح على الأرجح. الحياة جزء من القصة، مع الحياة الضوئية التي تضخ الأكسجين. كما كان لكيمياء الأرض الصلبة دور، سواء من خلال دعم الحياة الضوئية أو من خلال التفاعلات التي تنقل الأكسجين بين الغلاف الجوي والصخور في أعماق الكوكب.
تقترح دراسة جديدة بقيادة وي شي من جامعة تشنغدو للتكنولوجيا أن أدلة التغيرات في الاندساس - العملية التي تختفي بها الصفائح التكتونية في باطن الأرض - تتوافق مع توقيت قفزات الأكسجين. لقد بردت الأرض تدريجيًا بمرور الوقت، وتظهر البقايا النادرة من تاريخها المبكر أن العمليات الجيولوجية الرئيسية تطورت كثيرًا نتيجة لذلك. في البداية، كانت الصخور السطحية الباردة والكثيفة تغوص عبر صخور الوشاح الساخنة بطرق لا تشبه كثيرًا تكتونية الصفائح الحديثة. القارات من حولنا هي مشاريع بناء عمرها 4.5 مليار سنة، لذا فإن الخيال مطلوب لتصور ما كان موجودًا في البداية.
لم يكن تطورًا سلسًا خطيًا - يبدو أن هناك نقاط تحول في ذلك التاريخ الجيولوجي. لم يكن أكسجة الغلاف الجوي للأرض خطيًا أيضًا. بدأ بقفزة خلال حدث الأكسجة العظيم منذ حوالي 2.4 إلى 2.0 مليار سنة، ثم توقف حتى استؤنف بين 800 و 500 مليون سنة مضت. جلبت زيادة ثالثة بين 450 و 250 مليون سنة مضت مستويات الأكسجين الحديثة.
كانت فكرة فريق البحث أن التغيرات في الاندساس ربما أثرت على الأكسجين الجوي من خلال التحكم في كمية الكربون والكبريت - وكلاهما يحب الارتباط بالأكسجين - التي كانت تُحمل إلى الأعماق. عندما يكون الوشاح أكثر سخونة، لا يصل الكربون والكبريت بعيدًا مع الصخور المندسة؛ يتم إطلاقهما في الوشاح الضحل ويمكن أن يعودا قريبًا عبر البراكين، جاهزين لانتزاع أي جزيئات أكسجين شجاعة. والعكس صحيح: الصفيحة التي تغوص في وشاح أكثر برودة ستحتفظ بمزيد من الكبريت والكربون.
في المواقع التي تجد فيها الصخور المندسة طريقها إلى السطح، تخبرنا المعادن والكيمياء الدقيقة بداخلها عن درجات الحرارة والضغوط التي تعرضت لها. بمقارنة هذه البيانات، جمع الفريق صورة واسعة لتاريخ الاندساس. إذا كانت الفرضية صحيحة، فستتوقع اندساسًا بدرجة حرارة منخفضة في نفس وقت زيادة الأكسجين الجوي.
يبدو أن البيانات تتوافق. يظهر الاندساس بدرجة حرارة منخفضة بين 2.2 و 1.8 مليار سنة مضت ثم، بعد استراحة، يهيمن على آخر 800 مليون سنة. تلك الفترة المبكرة تتطابق مع حدث الأكسجة العظيم الأول؛ الفترة الأحدث تغطي قفزات الأكسجين الثانية والثالثة. (الفترة بينهما معروفة في الجيولوجيا باسم "المليار الممل" لأن... لا يبدو أن الكثير كان يحدث.) بتشغيل هذا التاريخ عبر نموذج كيميائي أساسي، وجد الباحثون أنهم يستطيعون تقريبًا إعادة إنتاج الجدول الزمني للأكسجة.
بداية القصة، كما يقولون، قد تكون تجميع قارة عظمى مبكرة تسمى كولومبيا. مع وجود اليابسة فوق مستوى سطح البحر، يمكن للتعرية أن توفر ما يكفي من المغذيات للمحيطات لدعم كمية كبيرة من البكتيريا الزرقاء الضوئية - المرئية في الصخور الرسوبية في قاع البحر الغنية بالكربون العضوي. يتوافق تفكك كولومبيا مع أولى علامات الاندساس بدرجة حرارة منخفضة، مما كان سيمكن من اندساس المزيد من الكربون العضوي والكربونات في الوشاح.
ثم جاء المليار الممل، عندما بدا حتى الحمل الحراري للوشاح وحركة الصفائح التكتونية بطيئين. لكن بعد ذلك، قادنا تشكل وتفكك غندوانا وبانجيا نحو خريطة من الصفائح التكتونية.