Πότε η οξύτητα των ωκεανών επέτρεψε να ξεκινήσει η ζωή;

Εικονογράφηση από τον Michael S. Helfenbein (περιλαμβάνει στοιχεία που δημιουργούνται από AI).

Θύλακες υγρού νερού υπήρχαν στη Γη ήδη πριν από 4,1 δισεκατομμύρια χρόνια, με τους πρώτους ωκεανούς να σχηματίστηκαν πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια. 

Αλλά αυτοί οι ωκεανοί ήταν πολύ όξινοι, εμποδίζοντας την ανάπτυξη της ζωής στη Γη για τα πρώτα 500 εκατομμύρια χρόνια του πλανήτη. «Για να κατανοήσουμε την προέλευση της ζωής, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε πότε και πώς η Γη άρχισε να φιλοξενεί έναν ωκεανό με πιο ουδέτερο pH», λέει ο Meng Guo, πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής του Yale που τώρα είναι μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Nanyang στη Σιγκαπούρη και πρώτος συγγραφέας μιας νέας μελέτης που αντιμετωπίζει αυτό το πρόβλημα. 

Ένα όξινο pH χαμηλότερο από 7 μπορεί να αναστείλει τη σύνθεση οργανικών μορίων και να βλάψει τον ζωντανό ιστό. Το σύγχρονο θαλασσινό νερό έχει ουδέτερο pH περίπου 8. «Αλλά η μοντελοποίηση της μακροπρόθεσμης εξέλιξης του pH των ωκεανών είναι ένα διαβόητα δύσκολο πρόβλημα, καθώς περιλαμβάνει σχεδόν όλα τα συστατικά του συστήματος της Γης: την ατμόσφαιρα, τον ωκεανό, τον φλοιό και τον μανδύα», εξηγεί ο Guo.

 «Πρόκειται για μια θεωρητική προσπάθεια περιήγησης που γεφυρώνει ένα μακροχρόνιο χάσμα μεταξύ επιφανειακών διεργασιών και διεργασιών βαθιά στη Γη», προσθέτει ο συν-συγγραφέας Jun Korenaga, καθηγητής Γης και Πλανητών Επιστημών στη Σχολή Τεχνών και Επιστημών του Yale. Για παράδειγμα, το pH των ωκεανών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας, το οποίο, με τη σειρά του, επηρεάζεται από διάφορους άλλους παράγοντες. 

Η πρώιμη Γη καλύφθηκε από μια πυκνή ατμόσφαιρα που αποτελείται κυρίως από υδρατμούς και διοξείδιο του άνθρακα, αποτέλεσμα της ηφαιστειακής απαέρωσης του μερικώς λιωμένου ακόμα πλανήτη. Μόνο με την πάροδο του χρόνου η συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα μειώθηκε χάρη σε διάφορες γεωλογικές διεργασίες.

Για τη μελέτη τους, οι Korenaga και Guo βαθμολόγησαν προσεκτικά και έθεσαν παραμέτρους για το πώς λειτουργούσε καθεμία από αυτές τις διαδικασίες - και στη συνέχεια τις έβαλαν να αλληλεπιδράσουν. «Νομίζω ότι ο κύριος λόγος για τον οποίο μπορούμε να κάνουμε αυτή τη μοντελοποίηση τώρα είναι ότι η κατανόησή μας για την τεκτονική της πρώιμης Γης έχει βελτιωθεί δραστικά τα τελευταία χρόνια», είπε ο Korenaga.

Βράχοι όπως ο 4,01 δισεκατομμυρίων ετών Acasta Gneiss υποδηλώνουν ότι η τεκτονική πλακών ήταν ήδη ενεργή στη Γη εκείνη την εποχή. Όταν δύο πλάκες συγκρούονται, η προκύπτουσα διαδικασία οικοδόμησης βουνού τυπικά επιταχύνει τόσο την αποσάθρωση όσο και τη διάβρωση. Όταν μια τεκτονική πλάκα ωθείται κάτω από μια άλλη πλάκα κατά τη διάρκεια της καταβύθισης, τα ιζήματα που περιέχουν διοξείδιο του άνθρακα, όπως ο ασβεστόλιθος, θάβονται υπόγεια. Και οι δύο διαδικασίες απομακρύνουν σταδιακά το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και τους ωκεανούς.

Χρησιμοποιώντας το νέο τους μοντέλο, οι Guo και Korenaga υπολόγισαν ότι θα χρειαζόταν η Γη 500 εκατομμύρια χρόνια για να εξουδετερώσει την οξύτητα των ωκεανών αρκετά για να υποστηρίξει τη ζωή. Μέχρι στιγμής, τα παλαιότερα επαληθευμένα σημάδια ζωής στη Γη είναι ιζηματογενείς δομές που μοιάζουν με θόλο ηλικίας 3,5 δισεκατομμυρίων ετών που σχηματίζονται από μικροβιακή δραστηριότητα. Ωστόσο, ορισμένοι ειδικοί πιστεύουν ότι τα σωματίδια σιδήρου και άνθρακα που βρέθηκαν σε υδροθερμικές φλέβες της ζώνης Greenstone Nuvvuagittuq στο Κεμπέκ του Καναδά, θα μπορούσαν να είναι υπολείμματα μικροβίων. 

Αυτή η διαδοχή πρώην ιζημάτων και ηφαιστειακών πετρωμάτων είναι ηλικίας άνω των 4 δισεκατομμυρίων ετών. Το νέο μοντέλο κάνει να φαίνεται απίθανο ότι τα παρατηρούμενα συμπυκνώματα είναι όντως απολιθώματα. Οι ερευνητές καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι τα ευρήματά τους μπορούν να ρίξουν φως όχι μόνο στις πρώιμες διαδικασίες της Γης, αλλά και στο ρόλο που διαδραματίζουν αυτές οι διαδικασίες στο σύγχρονο κλίμα και τη μακροπρόθεσμη εξέλιξή του.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα yale.edu

περισσότερα,

Rapid rise of early ocean pH under elevated weathering rates

Meng Guo & Jun Korenaga 

https://www.nature.com/articles/s41561-025-01649-9

https://news.yale.edu/2025/02/10/earths-acid-test-when-did-ocean-acidity-allow-life-commence