چرا پس از رویداد مرگ بزرگ، میلیون‌ها سال طول کشید تا حیات روی زمین احیا شود؟

در پایان دوره‌ی پرمین درحدود ۲۵۲ میلیون سال پیش، زمین شاهد انقراضی جمعی بود که به نابودی بیش از ۹۰ درصد از گونه‌ها انجامید. در‌‌مقایسه‌‌با دیگر انقراض‌های جمعی، احیای حیات روی زمین پس از این دوره موسوم به «مرگ بزرگ» بسیار آهسته بود. حداقل ده‌میلیون سال طول کشید تا زمین مملو از جمعیت‌های جانوری شود و گوناگونی زیستی خود را بازیابد.

امروزه، دانشمندان به دلایل احتمالی تأخیر در احیای حیات روی زمین پی بردند. گروهی از موجودات کوچک دریایی موسوم به رادیولاریا پس از انقراض جمعی پرمین ناپدید شدند. غیاب آن‌ها باعث تغییراتی در شیمی دریایی شد و زمینه را برای شکل‌گیری‌ نوعی خاک معدنی رس فراهم کرد که کربن‌دی‌اکسید آزاد می‌کرد. انتشار کربن‌دی‌اکسید باعث گرم‌شدن جوّ زمین و اسیدی‌‌شدن اقیانوس‌ها شد؛ به‌همین‌دلیل، احیای حیات روی زمین به‌طول انجامید. دانشمندان مقاله‌ی این پژوهش را ۳ اکتبر در مجله‌ی Nature Geoscience منتشر کردند.

به‌گفته‌ی کلنت باتیل، یکی از مؤلفان پژوهش و استاد علوم محیطی و زمین در دانشگاه اوتاوای کانادا، زمین صدها‌میلیون سال شاهد شدیدترین شرایط محیطی بود. او افزود:

این شرایط نشان می‌دهد که چقدر از چرخه‌های زیست‌زمین‌شیمیایی بی‌‌اطلاع هستیم و چگونه تغییراتی اندک می‌توانند یک سیستم را با سرعت زیادی از حالت تعادل خارج کنند.

مدلی از یک جاندار رادیولاریایی در موزه‌ی تاریخ طبیعی اسمیتسونین

باتیل در بخشی از پژوهش پسادکتری خود با زیا مینگ لیو، زمین‌شیمی‌دان دانشگاه کارولینای‌شمالی، همکاری می‌کند. این دو پژوهشگر برای درک تغییرات اقلیم زمین در اواخر دوره‌ی پرمین (۲۹۸٫۹ میلیون تا ۲۵۱٫۹ میلیون سال پیش) و آغاز دوره‌ی تریاس (۲۵۱٫۹ میلیون تا ۲۰۱٫۳ میلیون سال پیش) تلاش کردند. در آن زمان، قاره‌ها به‌شکل خشکی بزرگی موسوم به پانگه‌آ به یکدیگر متصل بودند و سلسله‌آتشفشان‌های عظیم منطقه‌ی سیبری، گازهای گل‌خانه‌ای گرم‌کننده را به جوّ اضافه کردند و احتمالاً بر رویداد انقراض که تقریباً به نابودی همه‌چیز انجامید، تأثیرگذار بودند.

پژوهشگران فرایندی به نام هوازدگی شیمیایی را بررسی کردند. در این فرایند، سنگ‌های روی زمین تجزیه می‌شوند و کلسیم آزاد می‌کنند و سپس در اقیانوس‌ها تحلیل می‌روند. در اقیانوس‌ها کلسیم با کربن‌دی‌اکسید ترکیب می‌شود و سنگ‌های کربناتی را تشکیل می‌دهد. هرچه اقلیم زمین گرم‌تر باشد، فرایند هوازدگی هم سریع‌تر رخ می‌دهد؛ زیرا واکنش‌های شیمیایی در دماهای گرم‌تر سریع‌تر رخ می‌دهند و جریان بیشتر آب به‌معنی فرسایش بیشتر است. بدین‌ترتیب، حلقه‌ای بازخوردی ایجاد می‌شود که دماهای جهانی را تحت‌کنترل قرار می‌دهد. باتیل می‌گوید:

وقتی فرایند هوازدگی سریع‌تر باشد و گرم‌تر شود، جریان‌های کربن‌دی‌اکسیدی بیشتر به دریا راه پیدا می‌کنند و در سنگ‌های اقیانوس حبس می‌شوند و بدین‌ترتیب، به سردشدن اقلیم کمک می‌کند. وقتی اقلیم سرد شود، فرایند هوازدگی هم آهسته و کربن‌دی‌اکسید کمتری در سنگ‌های اقیانوسی حبس می‌شود. بدین‌ترتیب، از سرد‌شدن بیش‌از‌حد جلوگیری می‌شود.

فرایند دیگری به نام هوازدگی معکوس می‌تواند در اقیانوس‌ها رخ دهد. این فرایند وقتی رخ می‌دهد که سیلیکای معدنی فراوان باشد و خاک‌های جدیدی در بستر اقیانوس تشکیل دهد. در حین هوازدگی معکوس، این خاک‌های معدنی کربن‌دی‌اکسید بیشتری از کربن‌دی‌اکسید حبس‌شده در کربنات‌ها آزاد می‌کنند.

سیلیکا در اقیانوس‌های کنونی فراوان نیست؛ زیرا موجودات زنده‌ی کوچک پلانکتونی از آن‌ها برای ساخت پوسته‌ی خود استفاده می‌کنند؛ درنتیجه هوازدگی معکوس زیاد رخ نمی‌دهد. به‌طور مشابه، در دوره‌ی پرمین موجودات زنده‌ی کوچکی به نام رادیولارا تقریباً کل سیلیکا را جذب می‌کردند و فرایند هوازدگی معکوس را به‌حداقل می‌رساندند.

بااین‌حال، همه‌چیز در پایان دوره‌ی پرمین و آغاز تریاس تغییر کرد. در این مرحله، سنگ‌های غنی از سیلیکا که پوسته‌های رادیولارا را تشکیل می‌دادند، ناپدید شدند. این مدرک نشان‌دهنده‌ی نابودی رادیولارا بود. درعین‌حال، توازن انواع مشخصی از مولکول‌های در سنگ‌های اقیانوسی به‌هم ریخت.

پژوهشگران نسبت‌های ایزوتوپ لیتیوم را بررسی کردند. ایزوتوپ‌ها به نسخه‌هایی از یک عنصر یکسان با وزن‌های اتمی اندکی متفاوت گفته می‌شوند. دلیل تفاوت وزن‌های اتمی تفاوت در تعداد نوترون‌های داخل هسته‌ی اتم‌ها است. با شکل‌گیری خاک‌های معدنی رسی جدید در فرایند هوازدگی معکوس، ایزوتوپ‌های لیتیومی مختلف به‌دلیل وزن متفاوت، نسبت‌های متفاوتی را اشغال کردند.

هانا جوریکوا، زیست‌زمین‌‌شیمی‌دان دریایی در دانشگاه سن اندروز اسکاتلند، نتایج یادشده را اولین شواهد مستقیم از رخ‌دادن هوازدگی معکوس در آن زمان می‌داند. او می‌گوید: «قطعاً کارهای زیادی باید انجام داد؛ اما به نظریه‌ی برجسته‌ای رسیدیم.»

یکی از پرسش‌هایی که باید به آن پاسخ داد، این است: «چه عاملی رادیولارا را نابود کرد؟» شواهد نشان می‌دهند هوازدگی معکوس چند‌میلیون سال پیش از انقراض جمعی آغاز شده است؛ بنابراین، شاید این موجودات زنده‌ی میکروسکوپی پیش از فوران‌های سیبری درمعرض نابودی بودند. شاید شرایط حیات پیش از فوران‌های آتشفشانی انبوه سخت شده بود. جوریکوا می‌افزاید:

همیشه درباره‌ی انقراض جمعی هیجان‌زده بودیم و تلاش می‌کردیم با دقت بیشتری روی آن بزرگ‌نمایی کنیم؛ اما شاید حالا وقت رسیدن به دورنما است.