أكثر

15.3: Hadean Eon - علوم الأرض


يستخدم علماء الجيولوجيا المقياس الزمني الجيولوجي لتعيين أسماء عمرية نسبية للأحداث والصخور ، ويفصلون الأحداث الرئيسية في تاريخ الأرض بناءً على التغييرات المهمة كما هو مسجل في الصخور والحفريات. يلخص هذا القسم أبرز الأحداث في كل فترة زمنية رئيسية. للحصول على تفاصيل حول كيفية اختيار هذه الفترات الزمنية وتنظيمها ، انظر الفصل 7.

يعتبر Hadean Eon ، الذي سمي على اسم الإله اليوناني وحاكم العالم السفلي Hades ، أقدم دهور ويعود تاريخه إلى 4.5-4.0 مليار سنة مضت.

يمثل هذا الوقت أقدم تاريخ للأرض ، حيث تميز الكوكب خلاله بسطح منصهر جزئيًا ، وبراكين ، وتأثيرات كويكبات. جعلت العديد من الآليات الأرض المتكونة حديثًا ساخنة بشكل لا يصدق: ضغط الجاذبية ، والانحلال الإشعاعي ، وتأثيرات الكويكبات. معظم هذه الحرارة الأولية لا تزال موجودة داخل الأرض. تم تعريف الهديان في الأصل على أنه نشأة الكوكب قبل 4.0 مليار سنة وسبق وجود العديد من الصخور وأشكال الحياة. ومع ذلك ، فإن الجيولوجيين يؤرخون المعادن بـ 4.4 مليار سنة ، مع وجود دليل على وجود الماء السائل [18]. ربما يوجد دليل على وجود الحياة منذ أكثر من 4.0 مليار سنة. ومع ذلك ، فإن السجل الأكثر موثوقية للحياة المبكرة ، سجل الأحافير الدقيقة ، يبدأ منذ 3.5 مليار سنة.

أصل قشرة الأرض

عندما بردت الأرض من حالتها المنصهرة ، بدأت المعادن في التبلور والترسب مما أدى إلى انفصال المعادن على أساس الكثافة وتكوين القشرة والعباءة واللب. كانت الأرض الأقدم عبارة عن مادة منصهرة بشكل رئيسي وكان من الممكن أن تدور بفعل قوى الجاذبية بحيث تشبه كرة من الحمم البركانية تطفو في الفضاء. عندما يبرد الجزء الخارجي من الأرض ببطء ، شكلت المعادن ذات نقطة الانصهار العالية (انظر سلسلة تفاعل بوين في الفصل 4) ألواحًا صلبة من القشرة المبكرة. ربما كانت هذه الألواح غير مستقرة ويمكن إعادة امتصاصها بسهولة في الصهارة السائلة حتى تبرد الأرض بدرجة كافية للسماح للعديد من الأجزاء الكبيرة بتكوين قشرة بدائية رقيقة. يفترض العلماء عمومًا أن هذه القشرة كانت محيطية ومافية في تكوينها ومليئة بالتأثيرات ، مثل القشرة الحالية للقمر. لا يزال هناك بعض الجدل حول متى بدأت حركة الصفائح التكتونية ، والتي كان من شأنها أن تؤدي إلى تكوين القشرة القارية والقشرة الفلزية [23]. وبغض النظر عن ذلك ، فمع برودة الأرض وتصلبها ، تطفو معادن فلسية أقل كثافة على سطح الأرض لتشكيل القشرة ، بينما غاصت المواد الأكثر كثافة والمواد فائقة الماف لتشكيل الوشاح ، وغرقت أعلى كثافة من الحديد والنيكل في القلب. . أدى هذا إلى تمييز الأرض من كوكب متجانس إلى كوكب غير متجانس به طبقات من القشرة الفلسية ، وقشرة مافيك ، وعباءة فوق المافية ، ونواة من الحديد والنيكل.

أصل القمر

دفعت العديد من الميزات الفريدة لقمر الأرض العلماء إلى تطوير الفرضية الحالية حول تكوينه. الأرض والقمر مغلقان تدريجيًا ، مما يعني أنه مع دوران القمر ، دائمًا ما يواجه أحد الجانبين الأرض والجانب الآخر غير مرئي لنا. والأهم من ذلك ، أن التركيبات الكيميائية للأرض والقمر تظهر نسب نظيرية متطابقة تقريبًا [24] ومحتوى متطاير. عادت بعثات أبولو من القمر بالصخور التي سمحت للعلماء بإجراء مقارنات دقيقة للغاية بين صخور القمر والأرض. الأجسام الأخرى في النظام الشمسي والنيازك لا تشترك في نفس درجة التشابه وتظهر تقلبات أعلى بكثير. إذا تشكل القمر والأرض معًا ، فهذا يفسر سبب تشابههما كيميائيًا.

تم اقتراح العديد من الأفكار حول أصل القمر: ربما تم التقاط القمر من جزء آخر من النظام الشمسي وتشكل في مكانه مع الأرض ، أو ربما تم اقتلاع القمر من الأرض المبكرة. لا يمكن لأي من التفسيرات المقترحة تفسير جميع الأدلة. الفرضية السائدة حاليًا هي فرضية التأثير العملاق. يقترح أن جسمًا يقارب نصف حجم الأرض يجب أن يكون قد شارك في أجزاء على الأقل من مدار الأرض واصطدم بها ، مما أدى إلى اختلاط وتناثر عنيف للمواد من كلا الجسمين. سيتألف كلا الجسمين من مجموعة من المواد ، مع المزيد من ترشيش الكثافة المنخفضة التي تلتحم في القمر. قد يفسر هذا سبب امتلاك الأرض كثافة أعلى ولبًا أكثر سمكًا من القمر.

محاكاة حاسوبية لتطور القمر (دقيقتان).

أصل مياه الأرض

تشمل التفسيرات الخاصة بأصل مياه الأرض إطلاق الغازات البركانية والمذنبات والنيازك. إن فرضية إطلاق الغازات البركانية لأصل مياه الأرض هي أنها نشأت من داخل الكوكب ، وظهرت من خلال العمليات التكتونية كبخار مرتبط بالانفجارات البركانية [27]. نظرًا لأن جميع الانفجارات البركانية تحتوي على بعض بخار الماء ، في بعض الأحيان أكثر من 1 ٪ من الحجم ، فقد تكون هذه وحدها قد خلقت المياه السطحية للأرض. مصدر آخر محتمل للمياه كان من الفضاء. المذنبات عبارة عن مزيج من الغبار والجليد ، مع تجمد بعض أو معظم هذا الجليد. النيازك التي تبدو جافة يمكن أن تحتوي على كميات صغيرة ولكن قابلة للقياس من الماء ، وعادة ما تكون محاصرة في هياكلها المعدنية [28 ؛ 29]. خلال فترات القصف العنيف في وقت لاحق من تاريخ الأرض ، تعرض سطحه البارد للضرب بالمذنبات والنيازك ، وهو ما قد يكون سبب وجود الكثير من الماء فوق الأرض. لا توجد إجابة محددة لماهية عملية مصدر مياه المحيط. تتطابق مياه الأرض نظيرًا مع الماء الموجود في النيازك بشكل أفضل بكثير من مياه المذنبات [30]. ومع ذلك ، من الصعب معرفة ما إذا كان من الممكن أن تكون عمليات الأرض قد غيرت بصمة نظائر الماء على مدى الأربعة مليارات سنة الماضية. من الممكن أن تكون المصادر الثلاثة جميعها قد ساهمت في أصل مياه الأرض.

مراجع

18. Wilde SA، Valley JW، Peck WH، Graham CM (2001) أدلة من الزركون المحطم لوجود قشرة قارية ومحيطات على الأرض منذ 4.4 Gyr. Nature 409: 175–178

23. Johnson TE ، Brown M ، Gardiner NJ ، et al (2017) لم تتشكل القارات المستقرة الأولى للأرض عن طريق الاندساس. طبيعة 543: 239-242

24. Wiechert U ، Halliday AN ، Lee DC ، وآخرون (2001) نظائر الأكسجين والتأثير العملاق المكون للقمر. Science 294: 345-348

27. Pearson DG و Brenker FE و Nestola F et al (2014) يُشار إلى منطقة انتقال الوشاح المائي بواسطة ringwoodite المضمنة في الماس. طبيعة 507: 221-224

28. Morbidelli A، Chambers J، Lunine JI، et al (2000) مناطق المصدر والجداول الزمنية لتوصيل المياه إلى الأرض. كوكب نيزك الخيال 35: 1309-1320

29. Hosono N، Karato S، Makino J، Saitoh TR (2019) منشأ المحيط الصهاري الأرضي للقمر. Nature Geoscience 1. https://doi.org/10.1038/s41561-019-0354-2

30. Altwegg K ، Balsiger H ، Bar-Nun A ، وآخرون (2015) علم الكواكب. 67P Churyumov-Gerasimenko ، مذنب عائلة المشتري مع نسبة D-H عالية. Science 347: 1261952


الفصل 7: القسم 1 - تطور الغلاف الأرضي

في هذا القسم سوف تجد المواد التي تدعم تنفيذ EarthComm ، القسم 1: تطور الغلاف الأرضي.

نتائج التعلم

  • حلل و تفسير البيانات لتحديد توزيع وعمر المقاطعات الجيولوجية للأرض.
  • حلل و تفسير البيانات لتحديد التوزيع العمري لصخور الأساس لقارة أمريكا الشمالية.
  • الحصول على المعلومات حول تكوين وتطوير الغلاف الأرضي للأرض.

مزيد من الاستفسار

  1. لمعرفة المزيد حول سلسلة ردود فعل بوين ، قم بزيارة مواقع الويب التالية:

Ophiolites ، جامعة ولاية أوريغون
يصف الأفيوليت والعمليات التكتونية للصفائح التي تتكون تحتها. يتضمن معلومات عن Samail ophiolite في جنوب شرق عمان.

Ophiolites ، جامعة أوريغون
يفحص الطبقات الخمس المميزة للأفيوليت.

The Archaen Eon و Hadean ، جامعة. متحف كاليفورنيا للحفريات
نظرة عامة موجزة عن التكوين المبكر للأرض.

تأثير الكويكب الذي جعل محيطات الأرض تغلي لمدة عام كامل ، مجلة سميثسونيان
يصف الأصول العنيفة لبداية الأرض وإمكانية غليان المحيطات.

تكوين الأرض وهيكلها الداخلي ، جامعة ويسكونسن ماديسون
نظرة عامة على تكوين الأرض ، بما في ذلك القصف بالحطام النيزكي.

هل هناك أي سجل لتأثير نيزك في صخور أرشيان بأمريكا الشمالية ؟، معهد القمر والكواكب
يفحص دور تأثير النيزك في تطور القشرة الأرضية.

    لمعرفة المزيد عن أحزمة الحجر الأخضر وخامات المعادن ، قم بزيارة مواقع الويب التالية:

ذهب، عالم البركان
يفحص تواجد الذهب في أحزمة الحجر الأخضر.

موارد

لمعرفة المزيد حول هذا الموضوع ، قم بزيارة مواقع الويب التالية:

تطور القشرة

عمر الأرض USGS
يشرح كيف حدد العلماء عمر الأرض.

Hadean ، جامعة إنديانا
يحكي عن Hadean Eon والحياة المبكرة.

The Archaen Eon و Hadean ، جامعة. متحف كاليفورنيا للحفريات
نظرة عامة موجزة عن التكوين المبكر للأرض.

عمليات التأثير على الأرض المبكرة ، جامعة. فيينا
يصف عمليات الارتطام التي حدثت خلال فترة القصف العنيف المتأخر.

تطور القارات والمحيطات ، جامعة إنديانا
نظرة عامة على العمليات التي تشكل قشرة جديدة وتستهلك القشرة القديمة. يبحث أيضًا في تطور وخصائص القشرة القارية ، بما في ذلك الدروع والمنصات.

عصر ما قبل الكمبري جامعة ولاية ميشيغان
يصف التاريخ الجيولوجي للأرض ، بما في ذلك تكوينها وتطور قشرتها المبكرة.

تطور القشرة القارية ، جامعة واشنطن
يفحص الشروط المطلوبة لتشكيل القارات. يقارن الكواكب ومدى وجود تلك الظروف.

التجوية ودورة الصخور المبكرة

بيئة Hadean-Archaen ، مكتبة الطب التابعة للمعهد الوطني الأمريكي للصحة
يفحص التطور الأركي والقشري. يصف أقدم دليل على دورة الكربون والمياه الجارية والعوامل الجوية والتعرية والحياة.

ما هي دورة الصخور ، جامعة ولاية ايداهو
يبحث في تكوين الصخور وتحطيمها وإعادة تشكيلها ، بما في ذلك عمليات التجوية.

تطوير الغلاف المغناطيسي

الغلاف المغناطيسي: درعنا في الفضاء ، ناسا
يصف المجال المغناطيسي للأرض وعلاقته بالرياح الشمسية.

الغلاف المغناطيسي للأرض ، ناسا
نظرة عامة على المجال المغناطيسي للأرض وتفاعله مع الرياح الشمسية.

تطوير قارة أمريكا الشمالية

مخطط هيكلي لتاريخ أمريكا الشمالية ، جامعة إنديانا
تصف ملاحظات المحاضرة تشكيل قارة أمريكا الشمالية بدءًا من تكوين الأرض.

الجيولوجيا التاريخية لأمريكا الشمالية ، جامعة ماري لاند
يفحص مقاطعات أمريكا الشمالية وأصولها وتطورها.

تطوير كورديليرا في أمريكا الشمالية

التاريخ الجيولوجي لغرب الولايات المتحدة ، جامعة كولورادو
الهيكل الجيولوجي وتوقيت تطور الهامش الغربي لقارة أمريكا الشمالية.


15.3: Hadean Eon - علوم الأرض

جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI متاحة على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


ربما بدأ مفاعل نووي الحياة على الأرض منذ مليارات السنين

لم يتضح كيف بدأت الحياة على الأرض ، على الرغم من أن لدينا بعض الخيوط القوية. من المؤكد أنه مع القليل من الحرارة وبعض المواد الكيميائية البسيطة والشائعة ، يمكن أن تتشكل الأحماض الأمينية & # 8211 حجر زاوية حيوي في علم الأحياء & # 8211 بسرعة. مع وضع هذا في الاعتبار ، فإن البوتقة الأكثر احتمالًا للحمض النووي وأشكال الحياة البسيطة الشبيهة بالبكتيريا هي الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار ، حيث تزدهر الميكروبات اليوم بدون ضوء الشمس.

لم يتضح كيف بدأت الحياة على الأرض ، على الرغم من أن لدينا بعض الخيوط القوية. من المؤكد أنه مع القليل من الحرارة وبعض المواد الكيميائية البسيطة والشائعة ، يمكن أن تتشكل الأحماض الأمينية & # 8211 حجر زاوية حيوي في علم الأحياء & # 8211 بسرعة. مع وضع هذا في الاعتبار ، فإن البوتقة الأكثر احتمالا للحمض النووي وأشكال الحياة البسيطة الشبيهة بالبكتيريا هي الفتحات الحرارية المائية في أعماق البحار ، حيث تزدهر الميكروبات اليوم دون ضوء الشمس.


هاد الزركون ليسوا من الجحيم: دليل من ATOM PROBE TOMOGRAPHY & amp SIMS

نبذة مختصرة: يعطي تحليل SIMS للزركون الأرضي (ZrSiO4) أعمارًا من U-Pb تقترب من عمر الأرض ، ولكن هذه الأعمار Hadean Eon (4000 - 4400 Ma ، منذ مليون سنة) قد تم تحديها لأنها ربما تكون متحيزة بسبب تنقل ذرات الرصاص. لطالما ابتليت الأسئلة حول "ترحيل Pb" علم الزمان الجغرافي U-Pb لأكثر من 100 عام وتم حلها لأول مرة على المستوى الذري في عام 2014 بواسطة APT من 4374 مللي أمبير من الزركون الذي يُظهر تكتلًا للرصاص المشع. تُظهر هذه النتائج الجديدة أنه يمكن التعرف على المجالات غير المتغيرة في الزركون مع درجات منخفضة من الضرر الإشعاعي ، مما يعزز التفسير ، استنادًا إلى نظائر الأكسجين ، أن معظم Hadean Eon لم يكن "شبيهاً بالجحيم" كما هو شائع ومضمون بالاسم. كانت الأرض المبكرة بالفعل حارة وعنيفة وغير مضيافة عند 4500 مليون سنة ، ولكن بحلول عام 4300 مليون سنة ، كان سطحها قد برد وتكثف الغلاف الجوي البخاري ليشكل محيطات صالحة للسكن. وبالتالي ، من الممكن أن تكون الحياة قد نشأت قبل مليار سنة تقريبًا من أقدم الأحافير الدقيقة المعروفة.

السيرة الذاتية: جون دبليو فالي هو أستاذ الجيولوجيا المتميز في Charles R. Van Hise في قسم علوم الأرض ، جامعة ويسكونسن ماديسون ، حيث يشغل أيضًا منصب رئيس مختبر WiscSIMS (مطياف الكتلة الأيونية الثانوية في ويسكونسن). انتخب مؤخرًا عضوًا في الأكاديمية الوطنية للعلوم (2019) وحصل على وسام اليوم من الجمعية الجيولوجية الأمريكية (2019). تم تسمية الوادي المعدني الجديد (Ca4Fe6O13) باسمه لتكريم مساهماته في الجيولوجيا وعلم المعادن. تمتد اهتماماته البحثية في العديد من المجالات في علوم الأرض ، بما في ذلك التطور البركاني والمتحول للقشرة أثناء تكوينها ، والجيولوجيا ما قبل الكمبري والأرض المبكرة ، وعلم الأحياء الفلكي والتقنيات الجديدة للتحليل الدقيق لنسب النظائر المستقرة.


خيارات الوصول

احصل على الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


التقسيمات

نظرًا لأن القليل من الآثار الجيولوجية لهذا الدهر لا يزال على الأرض ، فلا يوجد تقسيم فرعي رسمي. ومع ذلك ، فإن المقياس الزمني الجيولوجي القمري يشمل العديد من التقسيمات الرئيسية المتعلقة بـ Hadean ، وبالتالي يتم استخدامها أحيانًا بمعنى غير رسمي إلى حد ما للإشارة إلى نفس الفترات الزمنية على الأرض.

  • ما قبل الطائفة ، من تكوين قشرة القمر # 8217 حتى حوالي 3920 مليون سنة مضت
  • تعود أصول العقيدة إلى حوالي 3850 مليون سنة ، في الوقت الذي كان فيه القصف الثقيل المتأخر ، وفقًا لتلك النظرية ، في مرحلة الانحدار.

قلم رصاص في تفاصيل Hadean

وصف بيل وآخرون بعض الجرافيت الرائع حقًا. في PNAS (1). الجرافيت ، بالطبع ، هو نفس المادة الموجودة في رؤوس القلم الرصاص أو في أنود بطاريات الليثيوم أيون. ومع ذلك ، يعد الجرافيت أيضًا مادة شائعة جدًا في علوم الأرض ، وغالبًا ما يكون شكل الكربون الموجود في الحفريات القديمة جدًا التي تعرضت لحرارة كبيرة. الجرافيت الموصوف في Bell et al. المقال رائع لأنه قديم بشكل استثنائي ، يعود تاريخه إلى Hadean eon. رسميًا ، يتم تعريف Hadean على أنه الفترة الزمنية من تكوين الأرض حتى 4 مليارات سنة مضت. حتى وقت قريب ، كان هذا تعريفًا مناسبًا على ما يبدو ، مما جعله يمثل الدهر الجيولوجي بدون سجل صخري على الأرض. على مدار ربع القرن الماضي ، أتاح اكتشاف واستكشاف معادن الزركون المخلفات من تكتلات جاك هيلز في غرب أستراليا (2) نافذة جديدة على هذا الوقت المبكر. تبلورت زركون جاك هيلز في غرف الصهارة في أوقات مختلفة تعود إلى 4.4 مليار سنة مضت (3 ، 4). حتى الآن ، هذه الزركون وشوائبها هي حاليًا سجلنا الملموس الوحيد للنصف مليار سنة الأولى من تاريخ الأرض. استنادًا جزئيًا إلى العمر المتطرف لبعض معادن الزركون هذه ، جنبًا إلى جنب مع تواريخ الشيخوخة المماثلة لنيزك المريخ (5) ، تقدر مجتمعات علوم الكواكب وعلوم الأرض الآن أن الكواكب تتشكل وتبرد بسرعة إلى حد ما (6). لم يعد Hadean مجرد عنصر نائب في جداولنا الزمنية بين تكوين الأرض وأقدم الصخور المعروفة. يتم تمثيل أرض Hadean بواسطة عينات ملموسة يبدو أنها تشكلت في بيئة قشرة قارية ، على الأرجح فوق منطقة اندساس نشطة (7). على وجه التحديد ، بيل وآخرون. (1) وصف شوائب كبيرة من الجرافيت داخل زركون يبلغ عمره 4.1 مليار سنة من جاك هيلز. تشير هذه العينة إلى أنه تم نقل جزء هادي من المواد العضوية عن طريق العمليات الجيولوجية (بما في ذلك الاندساس) إلى غرفة الصهارة الجرانيتية ، حيث تم دمجها في المعادن المتبلورة. يعد الوجود المطلق لهذا السجل الجديد للكربون المبكر مثيرًا لأنه يوفر نافذة جديدة على أرض Hadean التي يمكن الوصول إليها على ما يبدو.

يوفر جرافيت Hadean قيدًا جديدًا على التركيب النظيري للكربون للكربون المختزل المحتمل ترسبه في الرواسب في ذلك الوقت. في الجزء العلوي الأيسر من الشكل 1 ، يتم عرض صورة مجهرية إلكترونية لزركون Hadean جنبًا إلى جنب مع قيمة δ13C البالغة −24 ± 4 ، كما تم قياسها باستخدام مسبار أيوني (1). في الكيمياء الجيولوجية ، تم الإبلاغ عن قيم δ 13 C بالنسبة لمرجع كربونات غير عضوية ، مما يعني أن هذه القيمة السلبية قد استنفدت تمامًا في 13 درجة مئوية بالنسبة لصخور الكربونات غير العضوية النموذجية. في الواقع ، لا يمكن تمييز القيمة عن الكربون البيولوجي المجزأ عن طريق التثبيت الميكروبي للكربون. أثناء تثبيت الكربون ، تدمج الإنزيمات بشكل تفضيلي 12 درجة مئوية ، تاركة الكربون غير العضوي المخصب في 13 درجة مئوية ، وبالتالي ، فإن أحد أهم السجلات الجيولوجية لفهم قابلية الأرض للسكن على المدى الطويل هو تسجيل التركيب النظيري للكربون للمواد العضوية والكربونات غير العضوية مرة أخرى. عبر الزمن (8 ، 9). بشكل عام ، يُظهر هذا السجل بشكل مقنع التأثير المستدام لتثبيت الكربون البحري العالمي على الكربون الرسوبي المحفوظ الذي يعود إلى ما لا يقل عن 3.5 مليار سنة. طوال هذا التاريخ الطويل ، كانت قيمة الحياة الميكروبية في المحيطات δ 13 درجة مئوية تبلغ حوالي 25 ‰ (الشكل 1) ، وهي مختلفة تمامًا عن الكربون غير العضوي بقيمة δ 13 درجة مئوية تبلغ حوالي 0. من المحتمل أن يكون سجل الحياة هذا قد تم دفعه مرة أخرى إلى 3.9 مليار سنة منذ اكتشاف 13 جرافيت مستنفد C في غرينلاند metasediments (10 ، 11). من المحتمل أن يدفع هذا الاكتشاف الجديد لـ 13 جرافيت مستنفد C من 4.1 مليار سنة الكربون البيولوجي إلى Hadean المجهول سابقًا. المعنى الضمني هو أنه كان هناك كمية كبيرة من الكربون الحيوي المنشأ على الأرض منذ 4.1 مليار سنة ، 200 مليون سنة قبل الكربون الرسوبي المعروف التالي. يعد تمديد دورة الكربون البيولوجي مرة أخرى بناءً على إدراج الجرافيت أمرًا بسيطًا ومتسقًا ويتماشى مع مبدأ التوحيد. وبالتالي ، يشير هذا الاكتشاف إلى أن الحياة كانت مزدهرة في محيطاتنا بالقرب من نهاية الهادين ، إن لم يكن قبل ذلك. ستكون الخطوة الواضحة التالية هي اختبار استمرارية الحفاظ على الجرافيت الحيوي في الزركون. إذا كان هذا يسجل بالفعل كربونًا رسوبيًا قديمًا محفوظًا على الرغم من الرحلة عبر غرفة الصهارة ، فيجب أن يكون هذا السجل في الزركون قابلاً للاسترداد من خلال 4 مليارات سنة اللاحقة من تاريخ الأرض.

ملخص لعدد قليل من نظائر الكربون (δ 13 درجة مئوية) وقيود الأكسدة والاختزال التي لدينا لدورة الكربون الأولى للأرض. في الجزء العلوي الأيسر توجد قيمة نظيرية للكربون تم الإبلاغ عنها حديثًا لإدراج الجرافيت في زركون 4.1 Ga Hadean (−24 ± 4 ‰). يوفر هذا الجرافيت الرائع قيدًا جديدًا على دورة الكربون العالمية في Hadean. يظهر أيضًا الماس ما قبل الكمبري (ثنائي النسق عند −5 ‰ و 25 ‰) والكتلة الحيوية الميكروبية المبكرة في العصر الأركي (منتشرة حول −25٪). يأتي الزركون الهادي الذي يحتوي على الجرافيت من إعداد قشرة قارية ، يظهر باللون البني الغامق والداكن. عادةً ما تتشكل القشرة القارية في غرف الصهارة فوق لوح مائل من القشرة المحيطية ، كما هو موضح هنا باللون الأسود. أخيرًا ، تشير مقاييس مختلفة من الأكسدة والاختزال إلى أن الوشاح العلوي الحالي للأرض يتقلص بشكل طفيف وكان يصل إلى 3.8 مليار سنة. (أقحم) توجد قيود مماثلة للكربون الصهاري الموجودة في الصخور القمرية (حوالي -20 ‰) والنيازك المريخية (حوالي -20 درجة مئوية). يبدو أن كل من القمر والمريخ لهما دثار مختزل للغاية. (أقحم مقتبس من المرجع. 1.)

يبدو أن هذا الكربون القديم كان له رحلة برية ، حيث كان في غرفة الصهارة ، ولكن النظر إلى الكربون من الإعدادات الجيولوجية المتطرفة مطلوب لفهم دورة الكربون على الأرض. يُعد قياس النظائر الجديد هذا قيدًا إضافيًا يضاف إلى مجموعة كبيرة من الأبحاث المماثلة حول المواد المنبثقة من أعماق الأرض. على سبيل المثال ، القياس الجديد مشابه لبعض ألماس الوشاح. يتضمن الشكل 1 ملخصًا لعدة عقود من قياسات نظائر الكربون للماس المنبثق من عباءة الأرض في الانفجارات المتفجرة العنيفة. يُظهر الماس أن الوشاح ثنائي النسق فيما يتعلق بنظائر الكربون. تحتوي معظم الماس على قيم نظيرية كربونية متجمعة عند −5 ‰ ، ولكن هناك مجموعة أخرى أقل وفرة من الماس بقيم نظيرية للكربون منتشرة حول −25 (12 ، 13). استنادًا إلى هذا الدليل جزئيًا ، يُعتقد أن الوشاح يحتوي على تركيبة نظيرية من −5 ‰ ، والرأي السائد هو أن أكثر من 13 ماسة مستنفدة من الكربون تمثل الكربون الحيوي المنشأ الذي تم اندفاؤه في الوشاح (14). في هذا التفسير ، تشترك ألماسات المنطقة الانتقالية وجرافيت Hadean في سرد ​​مماثل ورحلة برية مماثلة. مرة أخرى ، القصة بسيطة ومتسقة ومتماشية مع مبدأ التوحيد.

عندما تبدأ في رسم تفاصيل Hadean ، متى تفشل التوحيد؟ بمعنى آخر ، في أي فترات زمنية قديمة نعرف أن الأرض تعمل بشكل مختلف؟ إحدى الإجابات البسيطة هي أن الأرض كانت مختلفة بالتأكيد عندما تشكلت لأول مرة قبل 4.5 مليار سنة. يظهر أيضًا في الشكل 1. القيود المباشرة القليلة التي لدينا للأرض في ذلك الوقت. على الرغم من أن حالة الأكسدة والاختزال في الوشاح العلوي قد تقلصت بشكل معتدل (تم تخزينها بواسطة خليط من الحديد والحديد الحديدي) لما لا يقل عن 3.8 مليار سنة الماضية (15) ، توضح عينات القمر أن القمر يتقلص بشدة (16). نظرًا لأن القمر تشكل من تأثير هائل للأرض البدائية ، فإن الصخور القمرية تُظهر إلى حد ما جوانب من الأرض في مرحلتها النهائية من التكوين. أبسط استنتاج هو أن الوشاح العلوي للأرض انخفض بشكل ملحوظ في البداية. تشير الدلائل المتزايدة إلى أن الكربون الصهاري على المريخ (17 ، 18) والقمر (19) يحتوي على نظائر الكربون بيل وآخرون. وصف شوائب كبيرة من الجرافيت داخل زركون يبلغ عمره 4.1 مليار سنة من جاك هيلز. تكوين حوالي 20 ‰. هذا هو أكثر بكثير من 13 درجة مئوية من تلك الموجودة في الوشاح العلوي الحالي للأرض. في الوقت الحالي ، الإجابة الكتابية هي أن الأرض والمريخ بدؤا بكربون مختلف وأن القمر غريب فقط ، ومن المحتمل أنه قد تأثر بتأثيرات النيازك.

اقتراح بديل جامح هو أن الجزء الأكبر من الأرض هو في الواقع أكثر من 13 C مستنفد مما نعتقد ، بمتوسط ​​قيمة نظيرية للكربون حوالي -20 ‰. على سبيل المثال ، يمكن أن يحتوي لب الأرض على قدر كبير من الكربون ، مما يؤدي إلى دثار مجزأ (20). على أي حال ، أعتقد أنه من الجدير النظر في أنه في بدايتها ، كانت الأرض تتقلص بدرجة كبيرة ولديها 13 كربونًا مستنفدًا من الكربون في غلافها العلوي. بعبارة أخرى ، ربما بدت الأرض الأقدم مثل قمرنا الحالي. بالتأكيد ، خلال فترة Hadean ، تغير غطاء الأرض ليصبح أكثر تأكسدًا واستقر على تركيبة نظيرية في الوشاح العلوي مماثلة لما هو عليه اليوم. ومع ذلك ، في البداية ، كان من الممكن أن ينتج حساء البريبيوتيك كربون رسوبيًا كبيرًا ، ومن الممكن أن يكون الكربون أكثر نضوبًا بمقدار 13 درجة مئوية مما نعتبره عادةً. بيل وآخرون. (1) قم بتغطية قواعدها عن طريق استدعاء الجرافيت الذي يحتمل أن يكون حيويًا بشكل مناسب. هل الجرافيت الذي وجدوه من حساء البريبايوتيك؟ إنه ممكن وسيكون مثيرًا بنفس القدر ، لكنني لا أعتقد ذلك نظرًا لأن عمر تبلور الزركون يزيد عن 400 مليون سنة بعد تشكل الأرض. أربعمائة مليون سنة هي فترة طويلة. من حيث الجيوفيزياء ، فقد حان الوقت أكثر مما استغرقته حركة الصفائح التكتونية لتجميع وتفتيت القارة العملاقة بانجيا. ومع ذلك ، تمتد زركون جاك هيلز إلى حوالي 4.4 مليار سنة مضت ، أي ما يقرب من 100 مليون سنة بعد تشكل القمر. إذا استمر العثور على الجرافيت في الزركون الأقدم ، فإن التمييز بين حساء بريبيوتيك كثيف ومحيط حيوي مثبّت للكربون يمكن أن يكون تحديًا.


شاهد الفيديو: 240 million years ago to 250 million years in the future (شهر اكتوبر 2021).