اقیانوس کنفیلد

نموداری از سازوکارهای فرض‌شده برای ایجاد شرایط یوکسینیک در اقیانوس عمیق طی میلیارد سال

مدل اقیانوس کانفیلد مدلی است که ژئوشیمیدان دونالد کانفیلد برای توضیح ترکیب اقیانوس در پروتروزوییک میانی تا پسین پیشنهاد کرد.

تاریخچه

کانفیلد در مقاله‌ای که در سال ۱۹۹۸ در نیچر منتشر شد،^[۱] استدلال کرد که در دوران میلیارد سال خسته‌کننده (از ۱٫۸ تا ۰٫۸ میلیارد سال پیش)، اقیانوس عمیق آنُکسیک و سولفیدی (که با نام یوکسینیک نیز شناخته می‌شود) بوده است و این شرایط باعث توقف نهشت سازند آهن نواری (BIF) غنی از آهن در رسوبات اقیانوسی شده‌اند. پیش از مطرح شدن نظریهٔ اقیانوس کانفیلد، تصور می‌شد که اکسیژنه‌شدن کامل اقیانوس در جریان رویداد بزرگ اکسیژنی (به اختصار GOE؛ رخ داده حدود ۲٫۴۶ میلیارد سال پیش) سازوکاری بوده است که موجب توقف نهشت سازند آهن نواری‌ها شده است.^[۲]

شکل‌گیری

در پایان رویداد بزرگ اکسیژنی، میزان اکسیژن در جو به حدود ۱۰٪ میزان امروزی رسیده بود.^[۳] در چنین شرایطی، احتمالاً اقیانوس عمیق همچنان آنوکسیک باقی می‌ماند. بااین‌حال، جو اکسیژن کافی برای تسهیل هوازدگی کانی‌های زمینیِ حاوی سولفات داشت و از طریق رواناب، سولفات (SO₄²⁻) را به اقیانوس منتقل می‌کرد.^[۴] سپس سولفات توسط میکروارگانیسم‌ها کاهش یافت و سولفید هیدروژن (H₂S) تولید شد:

${\ce {2CH2O + SO4^2- -> H2S + 2HCO3^-}}$

تا حدود ۱٫۸ میلیارد سال پیش، غلظت سولفید (S²⁻) به اندازه‌ای زیاد شده بود که می‌توانست با اتصال به آهن و تشکیل پیریت (FeS₂)، آهن را از اقیانوس عمیق رسوب دهد و در نتیجه عملاً به تشکیل BIFها پایان دهد.^[۱]

شواهد

بیشتر شواهد مربوط به وجود شرایط یوکسینیک در اقیانوس از نسبت‌های ایزوتوپی پایدار ثبت‌شده در رسوبات به دست می‌آید. برای مثال، δ³⁴S، یعنی اندازه‌گیری غلظت‌های ³⁴S و ³²S در مقایسه با یک استاندارد، در دوران یک میلیارد سال ملال‌آور حدود ۴۰‰ بوده است.^[۴] مقدار δ³⁴S بالاتر از ۴۵‰ می‌تواند نشانهٔ اقیانوسی کاملاً اکسیژنه باشد، در حالی که مقدار δ³⁴S کمتر از ۵‰ نشان‌دهندهٔ جوی آنوکسیک خواهد بود.^[۴]

کانفیلد در همان مقاله از یک مدل جعبه‌ای (نوعی مدل اقلیمی) نیز استفاده کرد تا توضیح دهد اقیانوس‌های میانی، یا اقیانوس‌هایی که تنها تا حدی اکسید شده‌اند، چگونه شکل گرفته‌اند.^[۱] این مدل نشان می‌دهد که با فرض اینکه میزان مواد مغذی تقریباً در حد مقادیر امروزی بوده باشد، میزان اکسیژن جو در پایان رویداد بزرگ اکسیژنی باید بسیار بیشتر می‌بود تا اقیانوس به‌طور کامل اکسیژنه شود.

اختلاف نظر علمی

دربارهٔ پایداری یوکسینیا در مقیاس گسترده اختلاف نظرهایی وجود دارد.^[۵] شرایط یوکسینیک موجب کاهش فلزات ضروری برای حیات، مانند مولیبدن و مس، می‌شد. این امر از نرخ بالای تولید اولیه که در وهلهٔ نخست برای شکل‌گیری اقیانوس‌های یوکسینیک ضروری است، جلوگیری می‌کرد.^[۵] در واقع، شواهد حاصل از ثبت‌های شیل نشان می‌دهد که غلظت مولیبدن در اقیانوس کمتر از یک‌پنجم میزان امروزی بوده است.^[۶]

جستارهای وابسته

منابع

1 2 3 Canfield, D. E. (1998). "A new model for Proterozoic ocean chemistry". Nature. 396 (6710): 450–453. Bibcode:1998Natur.396..450C. doi:10.1038/24839. S2CID 4414140.
↑ Cloud, P. (1972-06-01). "A working model of the primitive Earth". American Journal of Science. 272 (6): 537–548. doi:10.2475/ajs.272.6.537. ISSN 0002-9599.
↑ Ossa Ossa, Frantz; Spangenberg, Jorge E.; Bekker, Andrey; König, Stephan; Stüeken, Eva E.; Hofmann, Axel; Poulton, Simon W.; Yierpan, Aierken; Varas-Reus, Maria I.; Eickmann, Benjamin; Andersen, Morten B.; Schoenberg, Ronny (2022). "Moderate levels of oxygenation during the late stage of Earth's Great Oxidation Event". Earth and Planetary Science Letters (in English). 594 117716. doi:10.1016/j.epsl.2022.117716. hdl:10481/78482. S2CID 251150500.
1 2 3 Anbar, A. D.; Knoll, A. H. (2002-08-16). "Proterozoic Ocean Chemistry and Evolution: A Bioinorganic Bridge?". Science. 297 (5584): 1137–1142. doi:10.1126/science.1069651. ISSN 0036-8075. PMID 12183619. S2CID 5578019.
1 2 Kendall, Brian; Anbar, Ariel D.; Kappler, Andreas; Konhauser, Kurt O. (2012-04-20), "The Global Iron Cycle", in Knoll, Andrew H.; Canfield, Donald E.; Konhauser, Kurt O. (eds.), Fundamentals of Geobiology (in English) (1 ed.), Wiley, pp. 65–92, doi:10.1002/9781118280874.ch6, ISBN 978-1-118-28081-2, retrieved 2023-04-16
↑ Scott, C.; Lyons, T. W.; Bekker, A.; Shen, Y.; Poulton, S. W.; Chu, X.; Anbar, A. D. (2008). "Tracing the stepwise oxygenation of the Proterozoic ocean". Nature (in English). 452 (7186): 456–459. doi:10.1038/nature06811. ISSN 1476-4687. PMID 18368114. S2CID 205212619.

[Canfield_19982-1] 1 2 3 Canfield, D. E. (1998). "A new model for Proterozoic ocean chemistry". Nature. 396 (6710): 450–453. Bibcode:1998Natur.396..450C. doi:10.1038/24839. S2CID 4414140.

[2] Cloud, P. (1972-06-01). "A working model of the primitive Earth". American Journal of Science. 272 (6): 537–548. doi:10.2475/ajs.272.6.537. ISSN 0002-9599.

[3] Ossa Ossa, Frantz; Spangenberg, Jorge E.; Bekker, Andrey; König, Stephan; Stüeken, Eva E.; Hofmann, Axel; Poulton, Simon W.; Yierpan, Aierken; Varas-Reus, Maria I.; Eickmann, Benjamin; Andersen, Morten B.; Schoenberg, Ronny (2022). "Moderate levels of oxygenation during the late stage of Earth's Great Oxidation Event". Earth and Planetary Science Letters (in English). 594 117716. doi:10.1016/j.epsl.2022.117716. hdl:10481/78482. S2CID 251150500.

[:0-4] 1 2 3 Anbar, A. D.; Knoll, A. H. (2002-08-16). "Proterozoic Ocean Chemistry and Evolution: A Bioinorganic Bridge?". Science. 297 (5584): 1137–1142. doi:10.1126/science.1069651. ISSN 0036-8075. PMID 12183619. S2CID 5578019.

[:1-5] 1 2 Kendall, Brian; Anbar, Ariel D.; Kappler, Andreas; Konhauser, Kurt O. (2012-04-20), "The Global Iron Cycle", in Knoll, Andrew H.; Canfield, Donald E.; Konhauser, Kurt O. (eds.), Fundamentals of Geobiology (in English) (1 ed.), Wiley, pp. 65–92, doi:10.1002/9781118280874.ch6, ISBN 978-1-118-28081-2, retrieved 2023-04-16

[6] Scott, C.; Lyons, T. W.; Bekker, A.; Shen, Y.; Poulton, S. W.; Chu, X.; Anbar, A. D. (2008). "Tracing the stepwise oxygenation of the Proterozoic ocean". Nature (in English). 452 (7186): 456–459. doi:10.1038/nature06811. ISSN 1476-4687. PMID 18368114. S2CID 205212619.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]