Ηφαιστειακός κεραυνός μπορεί να έχει ανανεώσει το άζωτο που απαιτείται για τη ζωή
Το ηφαίστειο Galunggung της Ινδονησίας εξερράγη το 1982, δημιουργώντας ηφαιστειακό κεραυνό. Αυτό το φαινόμενο θα μπορούσε να βοηθήσει στη διόρθωση του αζώτου. Πηγή: R. Hadian, US Geological Survey.
Τα ηφαίστεια της Πρώιμης Γης θα μπορούσαν να έχουν προκαλέσει κεραυνούς που μετασχηματίζουν το ατμοσφαιρικό άζωτο, δημιουργώντας μόρια που θα ήταν απαραίτητα για την ανάδυση της ζωής.
Τα ηφαίστεια έδωσαν τα αέρια που σχημάτισαν την ατμόσφαιρα της Γης. Αυτά τα ηφαίστεια θα μπορούσαν επίσης να έχουν προκαλέσει κεραυνούς που καθήλωσαν το άζωτο, απελευθερώνοντάς το από το αέριο άζωτο για να σχηματίσουν μόρια που περιέχουν άζωτο το οποίο μπορούν να χρησιμοποιήσουν τα ζωντανά πράγματα. Και οι επιστήμονες έχουν πλέον βρει απόδειξη στα γεωλογικά αρχεία.
Στη Γη, το άζωτο έρχεται κυρίως με τη μορφή δύο ατόμων που συνδέονται μεταξύ τους, ή N 2 . «Είναι πολύ ισχυρά συνδεδεμένο», είπε ο Erwan Martin , γεωχημικός και ηφαιστειολόγος στο Πανεπιστήμιο της Σορβόννης στο Παρίσι. Μερικοί οργανισμοί μπορούν να σπάσουν αυτόν τον δεσμό και να σταθεροποιήσουν το άζωτο. Αλλά η δέσμευση αζώτου χρειαζόταν για να σχηματιστούν τα δομικά στοιχεία για την ίδια τη ζωή: μόρια όπως τα αμινοξέα στις πρωτεΐνες. Το σπάσιμο του δεσμού N 2 αβιοτικά (χωρίς ζωή) απαιτεί συχνά μια διαδικασία υψηλής ενέργειας - όπως ηφαιστειακή αστραπή.
Τα ηφαίστεια παράγουν κεραυνούς όταν η τέφρα και άλλα σωματίδια στα λοφία τους τρίβονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας ηλεκτρικά φορτία με τρόπο παρόμοιο με τη σύγκρουση σωματιδίων πάγου στα σύννεφα. Εργαστηριακά πειράματα έχουν δείξει ότι οι ηφαιστειακές αστραπές θα μπορούσαν να καθηλώσουν το άζωτο. «Αλλά κανείς δεν βρήκε ποτέ κανένα γεωλογικό και φυσικό αρχείο αυτού του είδους διαδικασίας», είπε ο Μάρτιν. «Μπορέσαμε να το αγγίξουμε για πρώτη φορά».
Η ομάδα του Μάρτιν ήρθε σε επαφή με το σταθερό άζωτο όταν έψαχνε για ηφαιστειακές αποθέσεις θειικών για να μελετήσει το σχηματισμό και το ρόλο τους στις κλιματικές διαδικασίες, όπως η ψύξη της ατμόσφαιρας. Επειδή τα θειικά είναι πολύ διαλυτά, η ομάδα ερεύνησε περιβάλλοντα της ερήμου, όπου τα θειικά ήταν απίθανο να είχαν ξεπλυθεί. Αυτό οδήγησε την ομάδα στο κέντρο της Τουρκίας και στο νότιο Περού. Σε δείγματα από εννέα εκρήξεις σε αυτές τις περιοχές, οι ερευνητές εξεπλάγησαν από τα επίπεδα νιτρικών, μιας σταθερής μορφής αζώτου που συνδέεται με τρία άτομα οξυγόνου.
Το οξυγόνο στα νιτρικά έδειξε μια ισοτοπική υπογραφή που αποκάλυπτε ότι προερχόταν από το όζον στην ατμόσφαιρα και δεν είχε σταθεροποιηθεί από οργανισμούς. Με βάση τη συγκέντρωση νιτρικών αλάτων στα δείγματα, η ομάδα διαπίστωσε ότι περίπου 60 τεραγραμμάρια (περίπου η μάζα των 10 πυραμίδων της Γκίζας) αζώτου μπορούν να σταθεροποιηθούν σε μια πολύ εκρηκτική έκρηξη.
Τέτοιες υψηλές τοπικές συγκεντρώσεις αζώτου δείχνουν ότι τα ηφαίστεια θα μπορούσαν να έχουν βοηθήσει στο σχηματισμό βασικών μορίων για τη ζωή, ανέφεραν οι ερευνητές.
Εκρηκτικές καταβολές της ζωής
Όσο μεγαλύτερη είναι η έκρηξη, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα δημιουργίας ηλεκτρικών φορτίων και κεραυνών, δήλωσε ο Corrado Cimarelli , ηφαιστειολόγος στο Πανεπιστήμιο Ludwig Maximilians του Μονάχου στη Γερμανία, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Η τεράστια έκρηξη του Ιανουαρίου 2022 του Χούνγκα Τόνγκα–Χούνγκα Χααπάι , για παράδειγμα, προκάλεσε αστραπές ρεκόρ—περίπου 400.000 χτυπήματα σε διάστημα 6 ωρών.
Ορισμένα από τα κοιτάσματα που αναλύθηκαν στη νέα μελέτη είναι «περίεργα», είπε ο Cimarelli. Είναι μεγάλα και προέρχονται από ένα εξαιρετικά εκρηκτικό γεγονός - «κάποιο είδος έκρηξης που ποτέ δεν ζήσαμε πραγματικά στη ζωή μας». Αυτό το γεγονός θα μπορούσε να έχει προκαλέσει έντονους κεραυνούς.
Το έργο είναι «πραγματικά πολλά υποσχόμενο».
Είπε ο Cimarelli. Οι ερευνητές μπορεί να είναι σε θέση να εντοπίσουν άλλες εκρήξεις που έχουν σταθεροποιήσει το άζωτο, ειδικά σε μέρη όπου οι αποθέσεις είναι καλά διατηρημένες ή πρόσφατες. Στο εργαστήριο, ερευνητές όπως ο Cimarelli έχουν αναδημιουργήσει τις χημικές διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια των κεραυνών.
Οι ηλικίες των δειγμάτων από τη νέα μελέτη κυμαίνονται από 2 εκατομμύρια έως 50.000 χρόνια - πολύ πιο πρόσφατη από την εποχή που εμφανίστηκε η ζωή πριν από περισσότερα από 3 δισεκατομμύρια χρόνια. Εκείνη την εποχή, η ατμόσφαιρα της Γης θα ήταν φτωχή σε οξυγόνο. Αλλά οι ηφαιστειακές αστραπές θα μπορούσαν να έχουν ακόμα σταθερό άζωτο, πιθανότατα σχηματίζοντας ενώσεις όπως η αμμωνία που χρησιμοποιούνται για το σχηματισμό βιολογικών μορίων, είπε ο Μάρτιν.
Είναι εύλογο ότι οι ηφαιστειακές αστραπές ήταν συνηθισμένες στην πρώιμη Γη, είπε ο Cimarelli, «πιθανώς ακόμη και νωρίτερα από τον κεραυνό της καταιγίδας, επειδή δεν είχαμε την ατμοσφαιρική κυκλοφορία όπως τη γνωρίζουμε σήμερα».
Αλλά τα ηφαίστεια της πρώιμης Γης μπορεί να ήταν πολύ λιγότερο εκρηκτικά από αυτά που αναλύθηκαν, είπε ο Cimarelli. Τα ηφαίστεια που έχουν μάγμα με υψηλότερη περιεκτικότητα σε πυρίτιο τείνουν να είναι πιο εκρηκτικά επειδή το παχύ, παχύρρευστο μάγμα παγιδεύει περισσότερο αέριο. Αλλά τα βασαλτικά ηφαίστεια με λεπτότερα μάγματα κυριαρχούσαν στο τοπίο της πρώιμης Γης, είπε. Αυτά τα ηφαίστεια πιθανότατα δεν είχαν το αέριο για να προωθήσουν μεγάλες εκρήξεις και να δημιουργήσουν πολλούς κεραυνούς. Περαιτέρω έρευνα θα μπορούσε να διερευνήσει τα όρια στις συνθήκες στις οποίες τα ηφαίστεια δημιουργούν κεραυνούς.
Η διόρθωση του αζώτου δεν είναι ο μόνος τρόπος με τον οποίο οι ηφαιστειακές αστραπές μπορεί να έχουν βοηθήσει στην τόνωση της ζωής. Τέτοιοι κεραυνοί μπορούν να πυροδοτήσουν πολλές χημικές διεργασίες, είπε ο Cimarelli. Για παράδειγμα, μια ηφαιστειακή αστραπή σε ορισμένους τύπους πετρωμάτων μπορεί να βοηθήσει στη μετατροπή του φωσφόρου σε αυτά σε μορφές που μπορεί να χρησιμοποιήσει η ζωή.
Για τους ερευνητές που διερευνούν πώς θα μπορούσε να έχει προκύψει ζωή από βράχους και κεραυνούς, η πρόκληση είναι να καταλάβουν πώς οι χημικές ουσίες που απαιτούνται θα μπορούσαν να είχαν συγκεντρωθεί αρκετά για να ξεκινήσουν πιθανώς τη ζωή. Τώρα με την εργαστηριακή εργασία και την επιτόπια εργασία, είπε ο Cimarelli, «όλα αυτά βασικά συνδυάζονται».
Γεωδίφης με πληροφορίες από την Carolyn Wilke/eos.org
περισσότερα,
Wilke, C. (2024), Volcanic lightning may have retooled the nitrogen needed for life, Eos, 105, https://doi.org/10.1029/2024EO240095. Published on 1 March 2024.
https://eos.org/articles/volcanic-lightning-may-have-retooled-the-nitrogen-needed-for-life
.jpg)
