החיים הקדומים התפתחו באוקיינוס פחות חומצי

תחזית מזג האוויר לרוב אינה כוללת את המשפט: "גבירותי ורבותי, רמת החומציות של האוקיינוס היום היא 6.4!" אך רמת החומציות (המכונה pH) של האוקיינוס היא נתון חשוב למדי. נתון זה מסמל לא רק את החומציות או הבסיסיות היחסית של מי הים, אלא גם מווסת את יכולתו של סידן פחמתי – הרכיב העיקרי בקונכיות ובביצים של חיות ים – להיווצר וקובע את מידת הזמינות של מתכות המשמשות חומרי מזון ליצורים ימיים. רמת החומציות קובעת גם את אופן החלוקה בין הפחמן הדו-חמצני שנותר באטמוספירה והפחמן שמתמוסס במי הים – מאזן המהווה משתנה מרכזי באקלים כדור הארץ.

לאחרונה, הצליח ד"ר איתי הלוי מהמחלקה למדעי כדור הארץ וכוכבי הלכת במכון ויצמן למדע - יחד עם ד"ר אביב בחן מאוניברסיטת סטנפורד – לפתח מודל שמסביר כיצד השתנתה רמת החומציות של מי הים מאז ימי קדם. המודל החדש, שמשלב נתונים ומודלים קיימים על המבנה הכימי של האטמוספירה, האוקיינוסים, וקרום כדור הארץ, מזהה את "החשוד המיידי" בשינויים שעברה הכימיה של מי הים: הפחתה הדרגתית ברמות פחמן דו-חמצני באטמוספירה - בתגובה לבהירות הולכת וגוברת של השמש.

על-פי מודל זה, שפורסם לאחרונה בכתב-העת Science, האוקיינוסים היו בעבר הרחוק די חומציים, ובמרוצת העידנים הפכו לבסיסיים יותר. המחקר מצא, כי לפני שלושה עד ארבעה מיליארדי שנים, רמת החומציות של מי האוקיינוס נעה בטווח בין 7.5-6.0, בערך בין הערכים של חלב ושל דם אנושי. זאת, בניגוד לערכים עדכניים יותר ובסיסיים יותר של 7.5 עד 9.0. ממצאים אלה עוזרים לתאר את התנאים הכימיים שבהם נוצרו צורות החיים הקדומות ביותר ואת האופן שבו שגשגו אורגניזמים אלה באוקיינוס הקדום וכן להבין את התמורות הדינמיות שתרמו להתפתחות המאזן הכימי של האוקיינוסים בני זמננו.

השפעתה של השמש

כדי להתחקות אחר התמורות שהתרחשו על-פני תקופה עצומה של למעלה ממאה מיליארד שנים, פיתחו ד"ר הלוי ושותפיו מודל סטטיסטי של רמת החומציות של מי ים, כפונקציה של מספר משתנים. אחד ממשתנים אלה הוא הריכוז האטמוספרי של פחמן דו חמצני, אשר מדענים סבורים כי השתנה לאורך ההיסטוריה של מערכת השמש בתגובה להתחממות הדרגתית של השמש. מאז שנוצרה לפני 4.5 מיליארדי שנים, עוצמת התאורה של השמש הלכה וגברה. זאת, משום שככל שעובר הזמן, שורפת השמש את המימן המצוי בליבתה. שאריות ההליום הנותרות הן דחוסות יותר מהמימן, וכך התגובות הגרעיניות בשמש מפיקות חום גבוה יותר – שגורם לשמש להתבהר.

במקביל להתבהרות הסולרית, אשר הפחיתה את מידת החומציות של האוקיינוסים הקדומים על-ידי הפחתת ריכוזי הפחמן הדו-חמצני, כדור הארץ עצמו התקרר. התקררות זו הפחיתה את התנועה של מי הים דרך קרום כדור הארץ, ובכך תרמה להפחתה במידת החומציות של האוקיינוס לאורך זמן.

אם נרצה להשליך מתובנות היסטוריות אלה על האוקיינוסים של ימינו ועל הרמות המשתנות של פחמן דו-חמצני באטמוספירה - שרבים מאמינים שהן הבסיס לשינויי האקלים - עלינו לזכור, לדבריו של ד"ר הלוי,  שהשינויים ברמת החומציות של האוקיינוס התרחשו על-פני טווחי זמן גיאולוגיים, כלומר, מיליוני שנים. "התגברות החומציות, הנקשרת עם הרמות הגוברות של פחמן דו-חמצני כיום, מתרחשת במהירות", הוא אומר. "המודלים שלנו לא תקפים לבעיה קצרת-טווח. בעוד מאות אלפי שנים, האוקיינוסים ימצאו איזון חדש; אך עד שזה יקרה, אורגניזמים ימיים וסביבת החיים הימית עלולים לסבול".

בתמונת השער:
סְטְרוֹמַטוֹליטים הם מבנים מרובדים בסלע, הנוצרים במים רדודים על ידי ביופילם (קרום חיידקי) של מיקרואורגניזמים, אשר לוכדים, קושרים ומהדקים גרגירי סלע. סטרומטוליטים של ימינו דומים לאלה אשר נחשפים במאובנים בני 3.7 מיליארד שנים, ומשמשים דוגמה לחיים של אוכלוסיות מיקרוביאליות קדומות.
 

 

Dr. Itay Halevy’s reseach is supported by the Helen Kimmel Center for Planetary Science; the Deloro Institute for Advanced Research in Space and Optics; and the Wolfson Family Charitable Trust. Dr. Halevy is the incumbent of the Anna and Maurice Boukstein Career Development Chair in Perpetuity