منذ أكثر من مليار سنة، اختفت بحيرة شبه استوائية في حوض يقع فيما يعرف الآن بشمال أونتاريو، تاركة وراءها بلورات من الهاليت – الملح الصخري. تبخر الماء الموجود في البحيرة، مما أدى إلى احتجاز فقاعات الهواء داخل البلورات، والتي أصبحت طريقة فريدة لدراسة الغلاف الجوي للأرض المبكرة. هذه البلورات مخبأة في الصخور الرسوبية، ظلت معزولة لمدة 1.4 مليار سنة.

وحتى وقت قريب، ظلت تركيبة الغاز الموجودة في هذه البلورات غير معروفة. فريق من العلماء بقيادة طالب الدراسات العليا جوستين بارك من معهد رينسيلار للفنون التطبيقية (الولايات المتحدة الأمريكية)، تمكنت من تحليل هذا الهواء القديم، مما أدى إلى توسيع البيانات حول الغلاف الجوي للأرض إلى 1.4 مليار سنة. ونشرت النتائج في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

صعوبات في الحصول على البيانات

تحتوي فقاعات الهواء القديمة في بلورات الهاليت على شوائب غازية ومحلول ملحي، مما يجعل القياسات الدقيقة صعبة. يختلف سلوك الأكسجين وثاني أكسيد الكربون في الماء عن سلوكهما في الهواء. تمكن العلماء من التغلب على هذه المشكلة بمساعدة المعدات المطورة خصيصًا، مما سمح بذلك قياس تركيز الغازات بدقة، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون، في الغلاف الجوي لعصر الدهر الوسيط.

وقال البروفيسور مورجان شالر، القائد العلمي للفريق: “لم نتمكن قط من النظر إلى ماضي الأرض بهذه الدقة”.

اكتشافات حول الأكسجين والمناخ

أظهرت النتائج أن مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي لعصر الطلائع المتوسطة كانت 3.7% من المستويات الحديثة، وهو ما كان كافيًا بالفعل لدعم الحياة المعقدة متعددة الخلايا، والتي لم تظهر إلا بعد مئات الملايين من السنين. وفي الوقت نفسه، كان تركيز ثاني أكسيد الكربون أعلى بعشر مرات من المستوى الحالي، وهو ما يمكن أن يعوض “الشمس الشابة الضعيفة” ويحافظ على مناخ مماثل للمناخ الحديث.

ومع ذلك، على الرغم من مستويات الأكسجين العالية إلى حد ما، فإن تطور الحيوانات متعددة الخلايا لم يبدأ على الفور.

“قد يعكس هذا النمط حدثًا سريعًا للأكسجين خلال حقبة يطلق عليها الجيولوجيون اسم” المليار الممل “. وأوضح بارك أن تلك الفترة كانت فترة استقرار جوي وجيولوجي، مع القليل من التغيرات التطورية.

دور الطحالب

وكانت التقديرات السابقة لتركيزات ثاني أكسيد الكربون لهذه الفترة أقل. ومع ذلك، تم التأكد من ذلك كان المناخ أكثر اعتدالًا مما كان يُعتقد سابقًا وأكثر تشابهًا مع المناخ الحديث.

ويشير البروفيسور شالر إلى أنه خلال هذه الفترة ظهرت الطحالب الحمراء، التي أصبحت مصدرا هاما للأكسجين على الكوكب.

تفتح هذه البيانات آفاقًا جديدة لفهم مدى تعقيد الحياة على الأرض وكيف تغير الغلاف الجوي لتهيئة الظروف الملائمة لتطور النظام البيئي الحديث.