چرخه ناخوشایند زمین؛ آیا کل آب سیاره قبلاً به شکل ادرار از بدن جانوران خارج شده است؟
خلاصه مقاله:
- چرخه آب در زمین باعث گردش مداوم مولکولهای آب میان اقیانوسها، جو، یخها، رودخانهها و موجودات زنده میشود و همین موضوع این پرسش را ایجاد کرده که آیا آب امروز ما ممکن است زمانی در بدن دایناسورها یا دیگر جانوران به شکل ادرار دفع شده باشد.
- برآورد تقریبی نشان میدهد با توجه به حجم ادرار تولیدشده توسط جانوران در طول تاریخ زمین، ممکن است بخش بزرگی از آب سیاره بارها وارد بدن موجودات زنده شده و دوباره به چرخه بازگشته باشد.
- محاسبات نشان میدهند که در مقیاس زمانی چند میلیون ساله، از نظر آماری حتی میتوان گفت حجم معادل کل آبهای زمین ممکن است چندین بار از بدن جانوران عبور کرده باشد.
- بااینحال، این نتیجه قطعی نیست، زیرا سرعت گردش آب در بخشهای مختلف چرخه آب یکسان نیست و برخی منابع آب برای مدتهای بسیار طولانی در یخها یا آبهای زیرزمینی محبوس میمانند.
- علاوهبراین، بخشی از آبهای زمین منشأ عمیق زمینشناسی دارند و هنوز هرگز وارد چرخه سطحی یا بدن موجودات زنده نشدهاند، بنابراین نمیتوان گفت تمام آبهای زمین حتماً چنین مسیری را طی کردهاند.
در نگاه اول شاید این پرسش عجیب یا حتی خندهدار به نظر برسد: آیا تمام آبی که روی زمین وجود دارد، دستکم یک بار از بدن یک جانور به شکل ادرار خارج شده است؟ اما این سؤال در واقع به یکی از بنیادیترین ویژگیهای سیاره ما، یعنی چرخه دائمی آب، مربوط میشود.
مولکولهای آب روی زمین پیوسته در حال گردش هستند. آب ممکن است مدتی به شکل یخ در یک یخچال طبیعی باقی بماند، سپس ذوب شود و وارد رودخانهای شود که به دریا میریزد. بخشی از آن تبخیر میشود، به ابر تبدیل میشود و دوباره به صورت باران یا برف به زمین بازمیگردد. همین آب میتواند وارد بدن گیاهان، حیوانات و انسانها شود و در نهایت از راههایی مانند تعریق، تنفس یا ادرار دوباره به محیط بازگردد.
به همین دلیل، بسیاری از مردم این پرسش را مطرح میکنند که آیا آبی که امروز از شیر آب خانه خارج میشود، ممکن است میلیونها سال پیش در بدن یک دایناسور، ماموت یا موجود زنده دیگری بوده باشد؟ و اگر چنین است، آیا میتوان گفت همه آبهای زمین قبلاً دستکم یک بار به صورت ادرار دفع شدهاند؟
دیدگاه نیل داناهیو: عبور گسترده آب زمین از بدن جانداران
نیل داناهیو، استاد شیمی و مهندسی شیمی دانشگاه کارنگی ملون، معتقد است اگر محاسبه تقریبی انجام دهیم، پاسخ احتمالاً «بله» خواهد بود. البته او تأکید میکند که این نتیجه بر پایه چند فرض سادهکننده به دست میآید و نباید آن را محاسبه دقیق علمی دانست.
او برای رسیدن به یک برآورد کلی از فرضی ساده آغاز میکند. به گفته او، یک انسان متوسط حدود ۵۰ کیلوگرم وزن دارد و روزانه تقریباً یک لیتر ادرار دفع میکند. از آنجا که هر لیتر آب تقریباً یک کیلوگرم وزن دارد، این مقدار معادل حدود یک کیلوگرم در روز است.
یک انسان متوسط حدود ۵۰ کیلوگرم وزن دارد و روزانه تقریباً یک لیتر ادرار دفع میکند
سپس داناهیو فرض دیگری را مطرح میکند که خودش آن را «فرضی بسیار جسورانه» توصیف میکند: اینکه سایر جانوران نیز تقریباً به همان نسبت انسانها ادرار تولید میکنند؛ یعنی در حدود یک درصد وزن بدن خود در هر روز. او اذعان دارد که این فرض در دنیای واقعی کاملاً درست نیست، زیرا گونههای مختلف جانوری نرخ متابولیسم، نیاز آبی و شیوههای متفاوتی برای دفع مواد زائد دارند. بااینحال، چنین فرضی میتواند برای یک تخمین اولیه مفید باشد.
بر اساس این فرض، اگر جرم کل طنابداران زمین (گروه بزرگی از جانوران که شامل پستانداران، پرندگان، ماهیها، خزندگان و دوزیستان میشود) حدود دو میلیارد تن متریک در نظر گرفته شود، این جانوران در مجموع روزانه نزدیک به ۰٫۲ گیگاتن ادرار تولید میکنند. برای درک بهتر این عدد، میتوان گفت این حجم تقریباً برابر با آب موجود در حدود ۸۰ هزار استخر شنای المپیکی است.
داناهیو در ادامه برای سادهتر شدن محاسبه فرض میکند که جرم کل این جانوران در طول میلیونها سال گذشته تقریباً ثابت بوده است؛ فرضی که البته در واقعیت کاملاً دقیق نیست، اما برای این برآورد کلی قابل قبول به نظر میرسد.
حال باید این مقدار را با حجم کل آب موجود روی زمین مقایسه کرد. براساس برآوردهای سازمان زمینشناسی ایالات متحده، زمین حدود ۱٫۴ میلیارد گیگاتن آب در خود جای داده است. این آب تنها در اقیانوسها وجود ندارد، بلکه در یخهای قطبی، یخچالهای طبیعی، دریاچهها، رودخانهها، آبهای زیرزمینی و حتی بخار آب موجود در جو نیز توزیع شده است.
اگر کل این حجم آب را بر مقدار ادرار تولیدشده در هر روز تقسیم کنیم، نتیجه نشان میدهد که حدود هفت میلیارد روز یا نزدیک به ۱۹ میلیون سال طول میکشد تا جرمی معادل کل آبهای زمین یک بار از طریق ادرار جانوران دفع شود.
حدود ۱۹ میلیون سال طول میکشد تا جرمی معادل کل آبهای زمین یک بار از طریق ادرار جانوران دفع شود
این عدد زمانی جالبتر میشود که با تاریخ زمین مقایسه شود. حدود ۶۶ میلیون سال پیش، سیارکی عظیم به منطقه یوکاتان در مکزیک امروزی برخورد کرد و رویدادی را رقم زد که به انقراض دایناسورهای غیرپرنده انجامید. از آن زمان تاکنون بیش از سه برابر ۱۹ میلیون سال گذشته است.
داناهیو بر همین اساس میگوید که حتی اگر فقط پستانداران را در نظر بگیریم، از زمان گسترش آنها پس از انقراض دایناسورها احتمالاً بیش از یک بار جرمی معادل کل آبهای زمین را به شکل ادرار دفع کردهاند. بنابراین از دیدگاه آماری، احتمال اینکه یک مولکول آب در گذشته زمانی وارد بدن یک جانور شده و از طریق ادرار دفع شده باشد بسیار زیاد است.
دیدگاه دیوید کریمر: وجود ذخایر آبی که هرگز وارد حیات نشدهاند
همه دانشمندان با نتیجهگیری کلی داناهیو موافق نیستند.
دیوید کریمر، استاد هیدرولوژی در دانشگاه نوادا لاسوگاس، در گفتگویی با لایوساینس میگوید اگر به تاریخ طولانی حیات روی زمین نگاه کنیم، بدون شک حجم فوقالعاده عظیمی از ادرار توسط موجودات زنده تولید شده است. بااینحال، او معتقد است نتیجهگیری درباره تکتک مولکولهای آب موجود روی زمین کار سادهای نیست، زیرا چنین محاسباتی بر مجموعهای از فرضها و تعمیمهای گسترده استوار هستند.
به گفته کریمر، اگر سؤال این باشد که آیا هر قطره آب موجود روی زمین دستکم یک بار وارد بدن یک جانور شده و به صورت ادرار از آن خارج شده است، پاسخ احتمالاً «خیر» خواهد بود.
یکی از دلایل این موضوع آن است که آب در چرخه آب با سرعت یکسان حرکت نمیکند. برخی مولکولهای آب ممکن است به سرعت از اقیانوس تبخیر شوند و ظرف چند روز یا چند هفته دوباره به زمین بازگردند، اما برخی دیگر میتوانند برای مدتهای بسیار طولانی در یک محل باقی بمانند.
برای مثال، بخشی از آبهای موجود در یخچالهای طبیعی و صفحات یخی قطبی ممکن است صدها هزار سال در همان حالت منجمد باقی بمانند. همچنین برخی ذخایر آب زیرزمینی عمیق برای دهها هزار سال یا حتی بیشتر از چرخه فعال آب جدا ماندهاند. در نتیجه، این آبها ممکن است هرگز فرصت ورود به بدن جانوران را پیدا نکرده باشند.
اما دلیل مهمتر به نوعی آب کمتر شناختهشده مربوط میشود که دانشمندان آن را آب جوان مینامند. این آب در اعماق پوسته و گوشته زمین محبوس شده و در تمام تاریخ سیاره هرگز به سطح نرسیده است. برخلاف بیشتر آبهایی که در چرخه آب شرکت میکنند، این ذخایر عمیق عملاً از گردش معمول آب روی سطح زمین جدا هستند.
کریمر توضیح میدهد که این آبها در شرایط خاص و معمولاً از طریق فعالیتهای آتشفشانی میتوانند به سطح زمین راه پیدا کنند. هنگامی که ماگما از اعماق زمین به سمت بالا حرکت میکند، بخشی از این آب را در خود حل میکند. سپس در زمان فوران آتشفشان، همراه با گازها، بخار آب، خاکستر و مواد مذاب به جو یا سطح زمین آزاد میشود.
به بیان ساده، هر بار که آتشفشانی فعال میشود، مقداری آب «تازه» از اعماق زمین وارد چرخه آب سیاره میشود؛ آبی که پیش از آن هرگز در اقیانوسها، رودخانهها، ابرها یا بدن موجودات زنده حضور نداشته است.
هر بار که آتشفشانی فعال میشود، مقداری آب «تازه» از اعماق زمین وارد چرخه آب سیاره میشود
پس از ورود به سطح زمین، این آب نیز مانند سایر آبها وارد چرخه آب میشود. ممکن است تبخیر شود، به صورت باران فرو بریزد، وارد رودخانهها شود یا سرانجام توسط گیاهان و جانوران جذب شود. اما در لحظهای که برای نخستین بار از اعماق زمین آزاد میشود، هنوز هرگز از بدن هیچ موجود زندهای عبور نکرده است.
به همین دلیل، کریمر معتقد است که اگرچه بخش بزرگی از آبهای موجود روی زمین احتمالاً بارها و بارها وارد بدن جانداران شدهاند و ازجمله به صورت ادرار دفع شدهاند، نمیتوان گفت همه آبهای زمین چنین سرنوشتی داشتهاند. در هر لحظه، در نقاط مختلف جهان و بهویژه در مناطق آتشفشانی، مقداری آب برای نخستین بار از اعماق زمین به سطح میرسد؛ آبی که هنوز هیچ جانوری آن را ننوشیده و هیچ موجودی آن را به شکل ادرار دفع نکرده است.
بنابراین پاسخ نهایی به این پرسش، به نحوه طرح آن بستگی دارد. اگر منظور این باشد که آیا بیشتر آبهای زمین در طول تاریخ طولانی سیاره بارها از بدن موجودات زنده عبور کردهاند، پاسخ تقریباً قطعاً مثبت است. اما اگر منظور این باشد که آیا تکتک مولکولهای آب موجود روی زمین دستکم یک بار به صورت ادرار دفع شدهاند، دانشمندان میگویند احتمالاً چنین نیست؛ زیرا بخشی از آبهای سیاره هنوز تازه از اعماق زمین وارد چرخه آب شدهاند و تاکنون چنین مسیری را طی نکردهاند.