ذخایر پنهان منگنز ممکن است جو زمین را مملو از اکسیژن کرده باشند
در اعماق زیر پای ما، عنصر منگنز ممکن است به شکلی وجود داشته باشد که قبلاً هرگز ندیدهایم و همین منبع زیرزمینی ممکن است در داستان چگونگی تأمین اکسیژن زمین، نقشآفرینی کرده باشد.
تا حدود دو میلیارد سال پیش، جو زمین تقریباً هیچ اکسیژنی در خود نداشت، تا اینکه رویداد بزرگ اکسیژنی (GOE) رخ داد و اکسیژن تولیدشده توسط میکروبهای فتوسنتزکننده شروع به انباشت کرد. این تحول، موجب گسترش اشکال متنوعتری از حیات شد و چهره سیاره را تغییر داد.
دانشمندان گمان میکنند پیش از آنکه موجودات زنده سازوکار امروزی تولید اکسیژن را تکامل دهند، منگنز در یکی از شکلهای اولیه فتوسنتز نقشی کلیدی داشته است. امروزه این عنصر در پوستهی زمین بهطور معمول در سنگهای معدنی حاوی اکسیژن یافت میشود که انباشت آنها تقریباً همزمان با رویداد بزرگ اکسیژنی آغاز شد.
بهگزارش نیوساینتیست، شی جینگمینگ از دانشگاه جیانگسو در چین، میگوید بخشی از سنگهای معدنی مذکور ممکن است از ترکیب ناشناختهی منگنز در اعماق زمین و در گوشته سیاره سرچشمه گرفته باشد.
منگنز در پوسته زمین بهطور معمول در سنگهای معدنی حاوی اکسیژن یافت میشود
اکسیدهای منگنز به مقدار بسیاری در فشار استاندارد وجود دارند، اما شی و همکارانش به بررسی ترکیباتی پرداختند که ممکن است در فشار و دمای شدید اعماق زمین پایدار بمانند. آنها با بهرهگیری از شبیهسازی کامپیوتری به بررسی چگونگی رفتار هزاران آرایش مختلف از اتمهای منگنز و اکسیژن در فشارهایی تا ۱٫۵ میلیون برابر فشار اتمسفر پرداختند؛ شرایطی که با وضعیت حدود ۲٬۹۰۰ کیلومتری زیر سطح زمین قابل مقایسه است.
پژوهش به شناسایی چندین ترکیب جدید منجر شد که یکی از آنها به ازای هر اتم اکسیژن، چهار اتم منگنز دارد و از این فلز غنی است. شی دربارهی این یافته بیان میکند که پایداری چنین اکسید غنی از منگنزی در محدودهی فشاری با این وسعت، فراتر از انتظارات اولیه بوده است.
اگرچه شواهد مستقیمی مبنی بر وجود ترکیب ناشناختهی غنی از منگنز در گوشته زمین در دست نیست، ویژگیهای آن میتواند تا حدی دلیل حرکت غیرعادی و کند امواج لرزهای را در برخی مناطق تلاقی گوشته و هسته زمین توضیح دهد.
- اتمسفر زمین چگونه تنفس پذیر شد؟03 خرداد 02مطالعه '12
- ساختارهای مرموز گوشته ممکن است عامل وجود حیات روی زمین باشند09 آذر 04مطالعه '4
- دریاها مدتها پیش از جو زمین، بهوسیله میکروبها اکسیژندار شدند23 اردیبهشت 04مطالعه '3
- کشف ارتباطی قوی و غیرمنتظره بین میدان مغناطیسی زمین و سطح اکسیژن04 تیر 04مطالعه '4
تیموتی لیونز از دانشگاه کالیفرنیا ریورساید، میگوید ترکیب جدید منگنز میتواند بهطور منطقی از اعماق زمین به کف اقیانوسهای باستانی منتقل شده باشد و بخشی از دلیل ظهور انبوه سنگهای معدنی منگنز در دوران رویداد بزرگ اکسیژنی را توجیه کند. او این یافته را بخش مهمی از چرخهی منگنز میداند؛ عنصری که از تکامل اولیه حیات تا تولید مدرن فولاد، باتریها و سلامت انسان، اهمیت گستردهای دارد.
کارولین پیکاک از دانشگاه لیدز در بریتانیا نیز با اشاره به اینکه فشار بالا میتواند ترکیباتی را که بهطور عادی در نزدیکی سطح زمین وجود ندارند، پایدار کند، توضیح میدهد: «در شرایط فشردهسازی شدید، پیوند اتمها متفاوت بوده و مواد میتوانند ساختارهای کریستالی و حالتهای اکسیداسیون غیرمعمولی به خود بگیرند.»
بااینحال، از نظر پیکاک برای نتیجهگیری قطعی دربارهی اکسیدهای منگنز درون زمین به شواهد بسیار بیشتری نیاز است و ارتباطات مطرحشده بین دادههای لرزهای، حرکت فلزات در گوشته و رویداد بزرگ اکسیژنی اگرچه جذاب هستند، همچنان نظری محسوب میشوند.
در نهایت، تیم پژوهشی شی قصد دارد اکسید منگنز جدید را در آزمایشهایی با ابزارهای ویژه الماسسان برای اعمال فشارهای بسیار بالا که شرایط اعماق زمین را شبیهسازی میکند، مورد مطالعه قرار دهد.
یافتههای پژوهش در Physical Review B منتشر شده است.