آیا غبار کیهانی فسفر مورد نیاز برای حیات را تأمین کرده است؟

بوکمارک(0)

No account yet? Register

فسفر لازم برای پیدایش حیات از کجا آمده است؟

بوکمارک(0)

No account yet? Register

بدون فسفر، زندگی وجود ندارد. فسفر بخشی ضروری از DNA ، RNA  و سایر مولکول‌های بیولوژیکی مانند ATP است که به سلول‌ها در انتقال انرژی کمک می‌کند. اما تمامی فسفری که در زمان شکل‌گیری زمین وجود داشته در مرکز سیاره‌ی مذاب ما ذخیره می‌شد.

پس فسفر از کجا آمده است؟

احتمالاً از غبار کیهانی

زمانی که زمین شکل گرفت، فسفر بخشی از موادی بود که در سیاره ادغام شدند. اما یکی از خواص فسفر بیانگر این است که بیشتر این عنصر اولیه به جای پوسته‌ در هسته‌ی زمین جمع شده است. فسفر یک عنصر سیدروفیل است، به این معنی که در آهن حل می‌شود. از آنجایی که مقدار زیادی از آهن زمین برای تشکیل هسته‌ی سیاره ته‌نشین شد، مقدار زیادی فسفر را با خود برد.

به همین دلیل، زمانی که زمین شکل گرفت، هیچ فسفری برای زندگی در دسترس نبود و باید از جای دیگری می‌آمد. همچنین باید در یک دوره‌ی زمانی طولانی به زمین می‌رسید. پیش از این، دانشمندان فرض می‌کردند که شهاب‌سنگ‌ها و دنباله‌دارها ممکن است منبع ورود فسفر به سطح زمین باشند اما مطالعه‌ی جدید نشان می‌دهد که فسفر ممکن است از غبار کیهانی به زمین رسیده باشد.

مطالعه‌ی جدیدی تحت عنوان “شیمی فسفر در جو فوقانی زمین” نوشته ی جان پلن، استاد رشته‌ی شیمی اتمسفر در دانشگاه لیدز در مجله‌ی فیزیک فضایی تحقیقات ژئوفیزیک منتشر شده است.

نور ماه و دایره البروج، آسمان را بر فراز رصدخانه لا سیلا ESO روشن می‌کند. تصور می‌شود که روشنایی دایره البروج ناشی از انعکاس نور خورشید توسط غبار متمرکز در صفحه دایره البروج باشد. (منبع: آلن فیتزسیمونز/ESO)

هرساله هزاران تن غبار کیهانی به سطح زمین می‌رسد. بیشتر غبارهای کیهانی ذرات بسیار ریزی هستند که اندازه‌ی آنها تنها چند صد میکرومتر است. بسیاری از آن‌ها مشتقات کانی‌های سیلیکات، یعنی رایج‌ترین نوع کانی‌های روی زمین، از جمله کوارتز، الیوین و فلدسپات هستند. برخی از غبارهای کیهانی شامل مواد کربن‌دار، سولفیدها، فلزات و سایر مواد معدنی و ترکیباتی از جمله فسفر هستند. تقریباً هر جسمی در فضا – به‌ویژه سیارک‌ها و دنباله‌دارها – می‌تواند آن‌ها را از طریق فرآیندهایی مانند آتشفشان و خروج گاز یا با برخورد تولید کند.

فسفر باید به شکل فسفات یا فسفیت فلزی تبدیل شود تا برای موجودات زنده مفید باشد. در این مقاله، نویسندگان نشان می‌دهند که گرد و غبار کیهانی می‌تواند در حین حرکت در جو از طریق انجام یک سری واکنش‌های شیمیایی، تثبیت شده و در نهایت در سطح زمین مستقر شود.

هنگامی که غبار کیهانی یا دانه‌های غبار بین‌سیاره‌ای (IDP) به جو زمین برخورد می‌کنند، گرم می‌شوند. گرما باعث ذوب و تبخیر آنها می‌گردد‌ که به این فرآیند فرسایش می‌گویند. در مطالعات آزمایشگاهی قبلی قطعات شهاب‌سنگ‌ها را به‌اندازه‌ی غبار داغ کرده و رها شدن مولکول‌های حاوی فسفر را شناسایی کرده‌اند. مدل‌سازی بر اساس این آزمایش‌ها نشان داد که IDP‌ها می‌توانند منبع مهمی از فسفر در مقیاس‌های زمانی طولانی باشند.

در تحقیقات جدید، نویسندگان می‌خواستند درک عمیق‌تری از غبار کیهانی داشته باشند و اینکه چگونه فرسایش و فرآیندهای شیمیایی می‌توانند اشکال مفید بیولوژیکی فسفر – فسفیدها و فسفیت‌ها – را به زمین برسانند. برای انجام این کار، آنها نتایج آزمایش‌های قبلی را بررسی کرده و آنها را با پیش‌بینی‌های نظری برای سایر واکنش‌های شیمیایی که در آزمایشگاه مطالعه نشده‌اند، ترکیب کردند. با در دست داشتن این مدل واکنش، آن را در یک مدل آب و هوای جهانی گنجاندند.

این شکل حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد که چگونه غبار کیهانی می‌تواند اشکال مهمی از فسفر را از طریق فرآیندی که با فرسایش آغاز می‌شود، ایجاد کند. این فرآیند در مزوسفر زمین و ترموسفر پایین‌تر انجام می‌شود. به دو ترکیب پایین توجه کنید. در سمت چپ، فلش‌های سبز مسیر مهم OPO به H_3 PO_3 (اسید فسفر) و در سمت راست، فلش‌های قرمز مسیر OPO به H_3 PO_4 (اسید فسفریک) را نشان می‌دهند. منبع تصویر: Plane et al 2021.

نتایج به دست‌آمده از غبار کیهانی به‌عنوان منبع اصلی فسفر مفید بیولوژیکی زمین پشتیبانی می‌کند. با مدل‌سازی آب و هوای هر منطقه از کره‌ی زمین، آن‌ها همچنین توانستند نشان دهند که کدام مناطق روی زمین ممکن است بیشترین فسفر را دریافت کنند که شامل آند جنوبی، رشته کوه‌های راکی شمالی و هیمالیا می‌باشد. این تیم همچنین دریافت که زمین ممکن است توسط یک لایه جوی باریک از یک مولکول حاوی فسفر به نام OPO  در ارتفاع حدود ۹۰ کیلومتری (۵۶ مایلی) احاطه شده باشد.

تمام فسفر وارد شده به جو زمین، به فسفر مفید بیولوژیکی تبدیل نمی‌شود. محققان تخمین می‌زنند که حدود ۱۱ درصد آن فسفیت‌های فلزی را تشکیل می‌دهند که به دود شهاب‌سنگ تبدیل شده و در نهایت در سطح زمین می‌نشینند.

اگرچه این مقاله در حد نظریه است، امّا نویسندگان به فواید این تحقیق اشاره می‌کنند. آن‌ها در نتیجه‌گیری مقاله‌ی خود می‌نویسند: “با این وجود، دو نتیجه‌ی مهم می‌توان گرفت.”

“اول، فرسایش فسفر از IDP‌ها منبع قابل توجه و مداومی از فسفر اکسید‌شده را به شکل ذرات دود به اندازه زیر میکرون به سطح ارائه می‌دهد. دوم، بخش غیرقابل توجهی از فسفر به احتمال زیاد به شکل فسفیت‌های زیستی قابل دسترس است تا به شکل فسفات‌ها …»

این شکل حاصل از این مطالعه‌، رسوب فسفر شهاب‌سنگ را بر روی زمین نشان می‌دهد. به مقادیر بیشتر (قرمز) در شمال کوه‌های راکی، جنوب آند و هیمالیا توجه کنید. منبع تصویر: Plane et al 2021.

که اگر به‌طور قطعی آن‌ها درست باشند، این نتایج پیامدهای مهمی در درک ما از تاریخ حیات روی زمین خواهد داشت. در ابتدا، فسفر اولیه در هسته‌ی زمین ذخیره شد و برای حیات در دسترس نبود. اما مدل به دست‌آمده از تحقیق نشان می‌دهد که چگونه غبار کیهانی می‌تواند به‌عنوان یک منبع پیوسته و جاری فسفر بیولوژیکی قابل دسترس در سطح زمین باشد.

تحقیقات آینده ممکن است این را با جزئیات بیشتری توضیح دهد. همچنین ممکن است مشخص کند که آیا مقدار فسفر حاصل از غبار کیهانی در قبل و بعد از رویداد بزرگ اکسیژن‌رسانی (GOE)، که یک دوره‌ی مهم در تاریخ گذشته‌ی زمین است، متفاوت بوده یا خیر؟

اگر ارتباطی بین GOE و فسفر غبار کیهانی وجود داشته باشد، پس این فقط یک مثال دیگر از این است که برای پیدایش حیات و ادامه‌ی آن عوامل زیادی دخیل و مؤثر هستند.

5/5 - (2 امتیاز)
به اشتراک بگذارید
منبع Universe Today
ممکن است شما دوست داشته باشید
ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

go2top