Kamienie miały nawet około trzech i pół miliarda lat. Rezultaty badań wskazują na to, iż najwcześniejszy ziemski ocean miał dużo niższą temperaturę wody, niż do tej pory przypuszczano. Skutkiem tego jest, najprawdopodobniej, fakt, że życie ziemskie zróżnicowało i rozprzestrzeniło się na całym globie dużo wcześniej w swej ziemskiej historii, niż dotąd zakładano.

Kolejnym wnioskiem nasuwającym się po dokonaniu tych niezwykle szczegółowych i skomplikowanych badań, jest stwierdzenie, iż chemiczny skład starożytnego oceanu różnił się znacznie od składu oceanu, który zna współczesny człowiek. „Natomiast ta teza może w ogromnym stopniu zmienić punkt widzenia i interpretowanie tego, w jaki sposób powstawała prehistoryczna atmosfera,” twierdzi Page Chamberlian, profesor z instytutu ochrony środowiska.

W trakcie procesu tworzenia się skał na dnie oceanu wszystko odbywa się przy zachowaniu bardzo dokładnej chemicznej równowagi z wodą oceaniczną. Najróżniejsze izotopy zostają włączone w skład skały w podobnych proporcjach, jak ma to miejsce w składzie chemicznym wody. Izotopy to atomy składające się z tych samych elementów, które mają różną liczbę neutronów w jądrze, nadających mu różną masę. Niemniej jednak, przez wzgląd na jednakową proporcję różnych izotopów, które zostają „umieszczone” w skałach jest zależna od temperatury jedynie w częściowym stopniu. Dzieje się tak, ponieważ proporcje zawierające się w skałach, dostarczają niezmiernie istotną wiedzę na temat tego, jak wysoka była temperatura wody w ocenie, w „momencie”, gdy formowały się w nim skały.

Poprzednie badania przeprowadzone na jednakowo starych  skałach były skupione jedynie na tlenowym współczynniku izotopowym. Ówczesne wyniki pokazały, że w erze archaiku (około 3,5 miliarda lat temu) temperatura wody oceanicznej wynosiła co najmniej 55 stopni Celsjusza, a mogła dochodzić nawet do 85 stopni Celsjusza, co w przeliczeniu daje 185 stopni Farenheita. W sytuacji, gdy wysokość temperatury wody morskiej wzrastałaby tak niebezpiecznie do temperatury gotowania się, jedynymi organizmami, które mogłyby to przetrwać, byłyby ekstremofile. Są to formy życia, które są w stanie przystosować się do najbardziej ekstremalnych warunków. To na przykład mikroby, które żyją w gorących, głęboko oceanicznych kraterach lub w gorących źródłach, takich jak te w Yellowstone National Park, w Stanach Zjednoczonych.

Okazuje się jednak, że współczynniki izotopowe odkryte w skałach pochodzących z dna oceanicznego są również zależne od chemicznego składu wody morskiej, w której skały te się formowały. Naukowcy przeprowadzający wcześniejsze badania uznali, że skład chemiczny wody pochodzącej ze starożytnego oceanu nie różnił się w znaczący sposób od tego, w wodzie w oceanach, jakie znamy dziś. Uczeni ze Stanford nie zgodzili się z tym wnioskiem.

Opierając się na innowacyjnym podejściu badawczym, Michael Hren i Mike Tice, obaj będący w trakcie przeprowadzania badań nadal studentami, przeanalizowali izotopy wodoru i tlenu w rogowcu, gruboziarnistej skale osadowej, której skład wchodzi głównie kwarc. Odłamki rogowca, które przebadali, mają swój początek już w najwcześniejszych erach istnienia Ziemi, które, wcześniej będąc skałami podmorskimi, dziś odnaleźć można na kompletnie suchych terenach południowej Afryki.

Od kotła do wanny z ciepłą wodą

„Przyglądając się zawartości zarówno tlenu, jak i wodoru w badanych przez nas starożytnych skałach, mogliśmy określić, w jakim stopniu zawartość wody w starożytnym oceanie różniła się od tej dzisiejszej. Następnie, umożliwiło to nam próbę określenia, jak ciepła była woda w starożytnym oceanie,” twierdzi Hren, badacz nadzorujący prace grupy naukowców, wynikiem której była publikacja, która ukazała się w internetowej wersji magazynu Nature, w numerze z dnia 12. listopada. Tice i Chamberline byli jej współautorami.

Wiedza niesiona przez poznanie danych wskaźników izotopowych wspomnianych pierwiastków umożliwiła naukowcom określenie wyższej i niższej granicy skali temperatur i składu chemicznego, który powodował, że wskaźniki pierwiastków szły w górę. To za ich przyczyną temperatura wody oceanicznej nie mogłaby przekraczać 40 stopni Celsjusza (104 stopnie Farenheita) – temperatury odpowiadającej ciepłu wody, w której dziś bierzemy kąpiel w wannie. Jedynie w niektórych, niższych warstwach, woda mogłaby być nieco chłodniejsza.

„Oznacza to, że 3,4 miliarda lat temu, musiały istnieć miejsca na powierzchni Ziemi, które, rzekomo niedogodne i niegościnne dla organizmów, ostatecznie okazywały się mieszkaniem licznych organizmów lubujących się w danych hydrotermalnych warunkach. Twierdzenia te sugerują także, że chemiczny skład archaicznego oceanu był prawdopodobnie różny od składu chemicznego wody oceanicznej, która oblewa dziś nasze plaże. Zgadza się to więc z wynikami poprzednich badań na ten temat. A mogły one być zupełnie inne,” opowiada Hren.

Naukowcy odkryli, że wskaźniki dwóch izotopów wodorowych w skale rogowca, przechylały się w stronę cięższego z izotopów, znanego jako „deuter”.

Chamberlain dodaje: „Woda w archaicznym oceanie zawierała w swoim chemicznym składzie dużo więcej wodoru – co odnosi się także to deuteru – niż znajduje się w oceanie dzisiejszym”.

Gdyby skład chemiczny wody oceanicznej z ery archaiku znacznie różnił się od wody dzisiejszej, budowa naszej atmosfery byłaby także diametralnie inna. Miałoby to związek z łatwością, z jaką gazy poruszają się poprzez wodno-powietrzną granicę, jaką jest dla nich ocean. Niższe partie atmosfery trwałyby niezmiennie w idealnej równowadze.

Wszystko to prowadzi do konkluzji, że w którymś momencie, w trakcie ostatnich 3,4 miliarda lat ocean utracił dużą część wodoru, który ulotnił się do atmosfery. Ostatecznie spowodowało to, że dziś wodorowy wskaźnik izotopowy wody morskiej jest taki, a nie inny. Co za tym idzie, pamiętając, że to tlen, a nie wodór, nieustannie tworzy atmosferę okalającą naszą planetę również od ostatnich 3,4 miliarda, ziemska atmosfera musi „wydalać”  otrzymywany wodór. Jedynym miejscem, do którego ów wodór może sie przemieścić jest przestrzeń kosmiczna.

Życie na młodej Ziemi było szczęśliwe, choć miejsca miało niewiele

Składy chemiczne powietrza i wody nie były jedynymi czynnikami, które różnią naszą dzisiejszą Ziemię od tej młodej, dopiero rozwijającej się planety, jaką była ona w epoce archaicznej.

„Mówimy tu o czasach, gdy, patrząc na nasza planetę z kosmosu, z trudem możnaby dojrzeć jakikolwiek ląd w masach niebieskiego oceanu. Wyglądałoby to jak wodny świat,” mówi Tice.

Próbki rogowca zostały pobrane z większej całości znanej pod nazwą Buck Reef Chert, która pokrywa ogromną podmorską powierzchnię począwszy od płycizn, aż po najciemniejsze głębie oceanicznych środowisk. Niektóre z próbek przetrwały na zboczach wysp w4lkanicznych przypominających te, znajdujące się w archipelagu Wysp Hawajskich. Badacz dodaje jednak, że zbocza tych wysp nie przetrwały zmian, które zaszły na powierzchni naszej planety – ochłodziły się, uległy erozji i w powolnym tempie znalazły się pod powierzchnią oceanu.

Tice posłużył się próbkami rokowca pochodzącego z rejonów Afryki Południowej. Uczony zebrał je w czasie, gdy był świeżo upieczonym absolwentem wydziału prowadzonego przez Dona Lowe, profesora nauk geologicznych i środowiskowych. W roku 2004., Lowe i Tice doszli w swoich badaniach do wniosku, iż skamieliny mikrobiologicznego systemu, który zdołał przetrwać w niektórych próbkach skały rogowca, pochodziły z płytkich płyt podwodnych, które, jak to określili badacze, były fotosyntetyczne. Tice’owi udało się określić, że temperatura tego środowiska była do pewnego stopnia porównywalna do tej, która obejmuje podobne miejsca w dniu dzisiejszym. W środowiskach takich żyją dziś i rozkwitają podobne fotosyntetyczne kolonie mikrobiologiczne. Dzieje się tak pomimo faktu, iż głębokość archaicznego oceanu była zbliżona do wysokości dzisiejszych szelfów kontynentalnych.

Uczony wyjaśnia: „W wyższych temperaturach, których istnienie zakładały wyniki wcześniej przeprowadzonych eksperymentów, opisywane przez nas organizmy mogłyby co prawda przetrwać, ale graniczyłoby to z cudem. Natomiast żyjąc w środowisku o temperaturze, którą sugerujemy my, ich życie byłoby znacznie wygodniejsze. Tamto prehistoryczne życie byłoby po prostu szczęśliwe”.

„A jest to teza szalenie istotna przez fakt, iż fotosyntetyczne organizmy, nawet bakterie, stanowią w dzisiejszym świecie podstawę każdego łańcucha pokarmowego,” uzupełnia wypowiedź kolegi Tice.

Badanie rogowca

Nie bez wielkich znaczeniowo następstw dla oceanu, atmosfery i całej przyrody oraz życia zamieszkującego Ziemię, badacze zdają sobie sprawę z faktu, iż ich eksperymenty potrzebują najwyraźniej dalszych potwierdzeń w postaci kolejnych badań.

Chamberlain komentuje: „Za każdym razem, gdy uczeni zabierają się za badanie czegokolwiek, co dotyczyłoby naszej planety w jej stanie sprzed, na przykład, 3,4 miliarda lat, będzie to kwestia bardzo delikatna, objęta ostrą krytyką i wymagająca wielu profesjonalnych potwierdzeń”.

Nie zmienia to jednak faktu, że, jak potwierdzają naukowcy ze Stanford University, próbki, na których pracowali, były „wyjątkowo dobrymi kawałkami skał”. A to dlatego, że: „owe skały nie znajdowały się w momencie ich wydobycia głęboko pod powierzchnią ziemi. Nie były też pokruszone, ani nagrzane. Zachowały więc w swoich właściwościach bardzo wiele z czasów, gdy stanowiły integralną część pierwotnego oceanu”.

Mimo to, by wybrać najodpowiedniejszą próbkę skały rogowca, Hren przyznaje, że musiał sprawdzić, co wydarzyłoby sie, gdyby przez skałę przepuścić wodę wodorowo-metaliczną lub dokonać na niej innego procesu, którego rezultatem mogłoby być  zmodyfikowanie całej chemicznej złożoności próbki.

„Możemy potwierdzić, że część danych uległa modyfikacji pod wpływem różnorodnych substancji ciekłych, lecz część z nich odnosi się jednocześnie, i to bez żadnej sprzeczności, do składu chemicznego i temperatury starożytnego oceanu. Tak więc, przyglądając się obu zjawiskom, możemy ustalić, które dane odnoszą się do tych pierwotnych struktur,” wyjaśnia Hren.

„Według mnie, jest to dla nas źródłem niezmiernie cennej wiedzy dotyczącej najwcześniejszych lat trwania ziemskiej historii,” dodaje badacz.

Źródło: www.sciencedaily.com