عصر اکسیژن زمین: پناهگاهی موقت برای حیات پیچیده

اکسیژن یکی از مهم‌ترین منابع حیاتی زمین است که بقای موجودات پیچیده را تضمین می‌کند و سیاره ما را برای میلیاردها سال قابل سکونت ساخته است. با این حال، پژوهش‌های جدید نشان می‌دهد که دوره اکسیژن فراوان زمین دائمی نیست. دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که در حدود یک میلیارد سال آینده، جو زمین ممکن است به سرعت دچار تغییر شود و به شرایطی مشابه دوران باستان بازگردد؛ شرایطی که تحت سلطه متان و با میزان اکسیژن بسیار اندک خواهد بود. این تغییر می‌تواند پیامدهای عمیقی برای تداوم حیات در زمین داشته باشد.

تغییرات جوی: بازگشت به شرایط پیشاتاریخ

ترکیب فعلی جو زمین که سرشار از اکسیژن و کم‌متان است، پدیده‌ای نسبتاً جدید در مقیاس زمین‌شناسی به شمار می‌رود. طبق پژوهشی در سال ۲۰۲۱، انتظار می‌رود زمین در نهایت اکسیژن فراوان خود را از دست بدهد و شرایطی شبیه به دوران پیش از رویداد اکسیداسیون بزرگ (GOE) حدود ۲.۴ میلیارد سال پیش دوباره پدید آید. در آن زمان، جو زمین برای حیات پیچیده نامناسب بود و فقط ارگانیسم‌های بی‌هوازی می‌توانستند در آن دوام بیاورند.

عوامل اصلی این دگرگونی، افزایش تدریجی درخشندگی خورشید و تعاملات چرخه کربنات-سیلیکات در سطح جهانی هستند. دکتر کازومی اوزاکی، دانشمند محیط‌زیست از دانشگاه توهو ژاپن می‌گوید: «طی دهه‌ها، طول عمر زیست‌کره زمین معمولاً در ارتباط با افزایش روشنایی خورشید و نقش چرخه‌های ژئوشیمیایی در تعادل دی‌اکسید کربن، مورد بحث قرار گرفته است.» با تقویت تابش خورشید، تجزیه دی‌اکسید کربن سرعت می‌گیرد—عنصری کلیدی برای فتوسنتز—و این امر باعث افت شدید اکسیژن اتمسفری می‌شود.

برآورد زمان و مکانیسم کاهش اکسیژن

انتظار می‌رود این تغییر چشمگیر، در مقیاس زمین‌شناسی، نسبتاً سریع رخ دهد و احتمالاً قبل از این که آب‌های سطحی زمین به فضا پراکنده شوند یا اثر گلخانه‌ای مرطوب بر جو حاکم گردد. مدل‌سازی‌های رایانه‌ای گسترده بر مبنای نزدیک به ۴۰۰ هزار سناریو، آینده‌ای را ترسیم می‌کند که در آن، میزان اکسیژن جوی به سطوحی مشابه دوران آرکئن سقوط می‌کند—احتمالاً یک میلیون برابر کمتر از امروزه. دکتر کریس رینهارد از موسسه فناوری جورجیا تأکید می‌کند «این افت اکسیژن بسیار شدید است—تقریباً یک میلیون‌برابر کمتر از سطح کنونی.»

با سقوط سطوح اکسیژن، بقای گونه‌های وابسته به اکسیژن، شامل تقریباً همه جانوران و گیاهان فعلی، غیرممکن می‌شود. کاهش چشمگیر فعالیت فتوسنتزی به این معناست که پس از ناپدید شدن حیات پیچیده، تنها میکروارگانیسم‌ها و ارگانیسم‌های بی‌هوازی قادر به ادامه زندگی روی زمین خواهند بود.

پیامدها برای حیات و جستجوی سیارات قابل سکونت

اگرچه چنین تغییر جوی تا حدود یک میلیارد سال دیگر رخ نمی‌دهد، ولی پیامدهای آن فراتر از سیاره ما است. این یافته‌ها بر مطالعه سیارات فراخورشیدی و جستجوی آثار زیستی در فضا تأثیرگذار است. اغلب، محققان برای کشف نشانه‌های حیات فرازمینی روی وجود گازهایی مانند اکسیژن تمرکز می‌کنند، اما این پژوهش نشان می‌دهد که شرایط اتمسفری سیارات می‌تواند بین حالت‌های قابل سکونت و غیرقابل سکونت تغییر کند و اکسیژن همواره نشانه مطمئنی از وجود حیات نیست.

با پیشرفت تلسکوپ‌های فضایی پیشرفته—مانند پروژه NExSS ناسا—دانشمندان در حال بازبینی چگونگی تفسیر نشانه‌های جوی هستند. تحقیقات اوزاکی و رینهارد نشان می‌دهد که سیارات می‌توانند محیط‌های غنی از اکسیژن خود را مدت‌ها پیش از انقراض کامل حیات از دست بدهند، بنابراین جستجو برای گازهای زیستی دیگر مانند متان یا فرآورده‌های متابولیسم بی‌هوازی نیز اهمیت زیادی دارد.

زمین پس از دوران اکسیژن چگونه خواهد بود؟

پس از تغییر اتمسفر زمین، جو آن با غلظت بالای متان، مقادیر اندک دی‌اکسید کربن و نبود کامل لایه حفاظتی اوزون مشخص خواهد شد. به گفته اوزاکی: «اتمسفر بعد از داکسیژناسیون بزرگ عمدتاً متان‌محور است، دی‌اکسید کربن آن پایین است و دیگر لایه اوزون وجود ندارد. سیستم زمین احتمالاً به قلمرو میکروب‌ها و موجودات بی‌هوازی تبدیل خواهد شد.» این دگرگونی نه تنها پایان عصر انسان‌ها و جانوران بلکه بازگشت به شرایط سیاره‌ای پیش از ظهور حیات پیچیده را به‌دنبال خواهد داشت.

نتیجه‌گیری

پایان تدریجی دوران اکسیژن، فصل مهمی در آینده زیست‌کره زمین رقم می‌زند. این تغییر که ناشی از تکامل طبیعی خورشید و چرخه‌های ژئوشیمیایی است، نقطه پایان حکومت موجودات وابسته به اکسیژن خواهد بود و شناخت ما از قابلیت سکونت سیارات را در زمین و فراتر از آن دگرگون می‌کند. دانشمندان با گسترش جستجو در آثار زیستی گوناگون، امیدوارند شناسایی بهتری از محل‌های حیات—در گذشته، حال، یا آینده—به دست آورند.