ربما ساعد المخزون المخفي من المنغنيز الأرض في الحصول على الأكسجين

في أعماق أقدامنا، قد يوجد المنغنيز في شكل لم نشهده من قبل، ومن الممكن أن يكون هذا المصدر المعدني الموجود تحت الأرض قد لعب دورًا في قصة كيفية حصول الأرض على الأكسجين.

حتى قبل حوالي 2 مليار سنة، كان الغلاف الجوي للأرض بالكاد يحتوي على أي أكسجين. ثم جاء حدث الأوكسجين العظيم (GOE) عندما بدأ الأكسجين الناتج عن ميكروبات التمثيل الضوئي في التراكم، مما حفز تطور أشكال أكثر تنوعًا من الحياة وتغيير الكوكب.

يُعتقد أن المنغنيز كان عنصرًا حاسمًا في نسخة مبكرة من عملية التمثيل الضوئي، قبل تطور مسار إنتاج الأكسجين المنتشر اليوم. في قشرة الأرض، يوجد المنغنيز بشكل شائع في الخامات المحتوية على الأكسجين، والتي بدأت تتراكم في نفس الوقت تقريبًا مع GOE.

وفقًا لجينغ مينغ شي من جامعة جيانغسو نورمال في الصين، يمكن أن يكون بعض هذا الخام قد جاء من مركب منغنيز غير معروف حتى الآن في أعماق الأرض، مختبئًا في عباءة الأرض.

من المعروف أن العديد من أكاسيد المنغنيز موجودة عند الضغط القياسي، لكن شي وزملاؤه شرعوا في استكشاف أي منها قد يكون مستقرًا عند الضغوط القصوى ودرجات الحرارة العميقة داخل كوكبنا. واستخدموا محاكاة حاسوبية لاستكشاف كيفية تصرف الآلاف من الترتيبات المختلفة لذرات المنغنيز والأكسجين عند ضغوط تصل إلى 1.5 مليون ضعف الضغط الجوي، مقارنة بالظروف على عمق 2900 كيلومتر تحت سطح الأرض.

قادهم هذا إلى العديد من المركبات الجديدة، بما في ذلك مركب يحتوي على أربع ذرات منغنيز مقابل كل ذرة أكسجين، وهو غني بشكل غير عادي بهذا المعدن. يقول شي: “لم نتوقع بالضرورة أن يكون مثل هذا الأكسيد الغني بالمنجنيز مستقرًا عند نطاق الضغط الواسع هذا. وكان هذا هو الاكتشاف الأكثر إثارة للاهتمام وغير المتوقع”.

في حين أن الفريق ليس لديه دليل مباشر على أن المركب الجديد موجود داخل عباءة الأرض، فإن خصائصه يمكن أن تفسر جزئيًا سبب انتقال الموجات الزلزالية ببطء غير عادي عبر بعض المناطق حيث يلتقي عباءة كوكبنا ونواته. وهذا يثير احتمال أن بعض البقع الغنية جدًا بالمنجنيز في باطن الأرض لم يتم التعرف عليها في الدراسات التي أجريت حول كيفية تحرك المنغنيز عبرها في الماضي، كما يقول شي.

من الممكن أن يكون مركب المنغنيز الجديد قد انتقل بشكل معقول من باطن الأرض إلى قاع المحيطات القديمة، وهو ما يفسر جزئيًا سبب ظهور الكثير من خام المنغنيز خلال GOE، كما يقول تيموثي ليونز من جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد. “[It’s] “جزء مهم من دورة المنغنيز، وهو عنصر ذو أهمية بعيدة المدى منذ التطور المبكر للحياة إلى الإنتاج الحديث للصلب والبطاريات وصحة الإنسان”، كما يقول.

تقول كارولين بيكوك من جامعة ليدز في المملكة المتحدة: “أحد الأسباب التي تجعل هذا العمل مثيرًا للاهتمام هو أن الضغط العالي يمكنه تثبيت المركبات التي لا توجد عادة بالقرب من سطح الأرض. تحت الضغط الشديد، تترابط الذرات بشكل مختلف، ويمكن للمواد أن تتبنى هياكل بلورية وحالات أكسدة غير عادية”.

لكن من وجهة نظرها، هناك حاجة إلى المزيد من الأدلة للتوصل إلى أي استنتاجات مؤكدة حول أكاسيد المنغنيز الموجودة في الأرض. يقول بيكوك إن الروابط التي أقامها الفريق مع البيانات الزلزالية، وحركات المعادن داخل وشاح الأرض، وحتى GOE، مثيرة للاهتمام، ولكنها لا تزال تخمينية إلى حد ما.

وبناءً على ذلك، يأمل شي وزملاؤه في نهاية المطاف دراسة أكسيد المنغنيز الجديد في تجارب حيث يمكن لأداة خاصة مصنوعة من الماس أن تضغطه إلى ضغوط عالية جدًا، لمحاكاة ظروف الأرض العميقة.