زمین بدون اکسیژن، رابطه پدید آمدن زمین با O2

در همین حال، اتمسفر اولیه به سختی اثری از اکسیژن داشت. آنچه وجود داشت احتمالاً زمانی شکل گرفت که تشعشعات خورشیدی مولکول های آب موجود در هوا (H2O) را به گاز هیدروژن (H2) و اکسیژن (O2) تقسیم کرد. هیدروژن، یک گاز سبک وزن، از اتمسفر بالا رفته و به آرامی در فضا خارج می شود. گاز اکسیژن سنگین‌تر، به‌سرعت با گازهای جوی مانند متان یا مواد معدنی موجود در سطح زمین واکنش نشان می‌دهد و از اتمسفر خارج شده و به پوسته و گوشته باز می‌گردد. اکسیژن تنها در صورتی می‌توانست شروع به تجمع در اتمسفر کند که سریع‌تر از خارج شدن آن تولید می‌شد – به عبارت دیگر، اگر چیز دیگری نیز آن را تولید می‌کرد.

آن دقیقا چیزی شبیه به زندگی بود. اگرچه شواهد فسیلی ناقص است، اما میکروب های تولید کننده گاز متان ممکن است تا ۳.۸ میلیارد سال پیش در زمین ساکن بوده باشند. تا ۲.۷ میلیارد سال پیش، نوع جدیدی از زندگی تثبیت شده بود: میکروب های فتوسنتزی به نام سیانوباکتری ها، که قادر بودند از انرژی خورشید برای تبدیل دی اکسید کربن و آب به غذا با گاز اکسیژن به عنوان یک محصول زائد استفاده کنند. آنها در دریاهای کم عمق زندگی می کردند و از قرار گرفتن کامل در معرض تابش مضر خورشید محافظت می شدند.

این موجودات به قدری فراوان شدند که تا ۲.۴ میلیارد سال پیش، اکسیژن آزاد تولید شده در جو شروع به انباشته شدن کرد. تاثیرش عمیق بود. در اتمسفر بالا، اکسیژن یک لایه محافظ ازن (O3) تشکیل داد که اشعه ماوراء بنفش مخرب خورشید را از بین می برد و سطح زمین را قابل سکونت می کرد. نزدیک‌تر به زمین، وجود اکسیژن قابل تنفس (O2) دری را به روی تکامل اشکال جدید زندگی باز کرد. یکی از شگفتی‌های ماندگار حیات روی زمین این است که با تولید اکسیژن، اولین موجودات شرایطی را ایجاد کردند که شکل‌های بعدی و پیچیده‌تری از حیات را قادر به رشد کردند.

کافمن می‌گوید: «من فرض می‌کنم که رابطه عصر یخبندان با شیمی اتمسفر بیولوژیکی است. ما می دانیم که زیست شناسی می تواند بر جو تأثیر بگذارد. و اگر زیست شناسی گازهای گلخانه ای را از جو خارج کند، می تواند منجر به آن عصر یخبندان و افزایش گاز اکسیژن شود.

گفتن اینکه چرا افزایش اکسیژن دقیقاً در چه زمانی اتفاق افتاده است دشوار است. در عوض، دانشمندان برای محدود کردن زمان دقیق این دگرگونی کار کرده‌اند. کافمن می گوید: «در فضای امروزی، ما اکسیژن زیادی داریم. “در مقطعی از تاریخ زمین، مقدار اکسیژن بسیار کمتر بود. در چه مقطعی بود؟ چقدر کمتر از امروز بود؟” پاسخ به این سؤالات یکی از چالش های بسیاری است که دانشمندان زمین با آن روبرو هستند. چگونه یک محقق به مطالعه فضایی می‌پردازد که دیگر وجود ندارد؟

کافمن می گوید: «این یک فرآیند بسیار وقت گیر است. “بنابراین، همانطور که فکر می‌کنم همه دانشمندان باید گام‌های کوچکی برمی‌داریم، و داستانی را می‌سازیم. اینکه آیا هرگز به یک نتیجه می‌رسیم” – آیا فرضیه‌های ما به نظریه تبدیل می‌شوند یا نه – ما نمی‌دانیم. ما فقط می‌خواهیم آهسته آهسته بسازیم. داستان مبتنی بر شواهد تجربی خوب است.”