פירור מסלע קיומנו: מדענים גילו את הגביש הקדום ביותר בכדוה"א

כדור הארץ נוצר ככל הנראה מגוש סלע מותך לפני כ-4.5 מיליארד שנים. כעת מצאו חוקרים את השריד הקדום ביותר מראשיתו – גביש זירקון שנוצר ככל הנראה ממש עם תחילת התקררות הקרום החיצוני של כוכב הלכת שלנו, רק כ-100 מיליון שנים לאחר היווצרו.

קצת יותר עבה משערה ושופך אור על ראשית החיים. גביש הזירקון הקדום. צילום: John Valley
קצת יותר עבה משערה ושופך אור על ראשית החיים. גביש הזירקון הקדום. צילום: John Valley

כדור הארץ נוצר ככל הנראה מגוש סלע מותך לפני כ-4.5 מיליארד שנים. כעת מצאו חוקרים את השריד הקדום ביותר מראשיתו – גביש זירקון שנוצר ככל הנראה ממש עם תחילת התקררות הקרום החיצוני של כוכב הלכת שלנו, רק כ-100 מיליון שנים לאחר היווצרו. זירקון הוא גביש צבעוני הנוצר מתחמוצת של זירקוניום וסיליקון, והיה כנראה אחד החומרים הראשונים שהתגבשו בקרום כדוה"א. הגביש ההיסטורי העומד במוקד המחקר נמצא בשנת 2001 בחוות כבשים באזור Jack Hills – רכס גבעות במערב אוסטרליה המאופיין בסלעים קדומים במיוחד. מדובר בפיסת אבן זעירה ביותר: בערך 0.4X0.2 מ"מ – כלומר, לא הרבה יותר עבה משערה. ואולם, הגביש הזערורי הזה הוא לא רק מזכרת מתקופה קדומה במיוחד של עולמנו, אלא גם עשוי להיות מפתח להבנת תהליכי ההתקררות של כדוה"א, ואפילו לשינוי תפיסתנו בדבר מועד התפתחות החיים כאן.

העיקר הגיל

כדי לקבוע את הגיל של סלעים כה מוקדמים, משתמשים גיאולוגים בשיטת תיארוך המבוססת על יסודות רדיואקטיביים. אלה חומרים שהאטומים שלהם מתפרקים באופן ספונטאני, בלי שום התערבות חיצונית, ופולטים פרוטונים, אלקטרונים וקרינה אל סביבתם. מכיוון שלכל יסוד כימי יש מספר קבוע של פרוטונים בגרעין, בהתפרקות רדיואקטיבית כזו משתנה טבעו של החומר, והוא הופך ליסוד אחר. קצב ההתפרקות שונה מחומר לחומר, ויחידת המידה שלו הוא זמן מחצית החיים: כלומר – כמה זמן יעבור עד שמחצית האטומים יתפרקו. בחומר כמו רדיום למשל – שהוא יסוד רדיואקטיבי מאוד, זמן מחצית החיים נמדד בדקות. לעומת זה, בחומרים יציבים, זמן מחצית החיים עשוי להיות מיליוני ואפילו מיליארדי שנים. אותם גבישי זירקון שהזכרנו, מכילים בד"כ כמויות זעירות ביותר – בערך חלקיק אחד מכל 100,000 – של אורניום. בצורתו הנפוצה בטבע (אורניום-238) אורניום הוא חומר יציב מאוד, בעל רדיואקטיביות נמוכה ביותר, וזמן מחצית החיים שלו בערך 4.5 מיליארד שנים [בפצצת אטום או בכור גרעיני משתמשים בצורה אחרת של אורניום (235), יציבה הרבה פחות, שכמעט אינה קיימת בטבע; כדי ליצור אורניום המכיל כמות גדולה יותר של הצורה הנדירה והבקיעה, משתמשים בשורת תהליכים כימיים ופיסיקליים, המכונים "העשרה"]. כשאטום אורניום עובר התפרקות ספונטאנית כזו, נפלטים מגרעינו שני פרוטונים (וגם שני נייטרונים), והוא הופך לתוריום. התוריום בתורו פולט פרוטונים והופך לרדיום, וכך הלאה, שורה של התפרקויות המובילה בסופו של דבר ליצירת עופרת. כאמור, לכל התפרקות קצב קבוע משלה, כך שאפשר לחשב כמה זמן אמור לקחת התהליך המלא של דעיכת אורניום לעופרת. גיאולוגים המודדים את הריכוזים של שני האטומים האלה (אורניום ועופרת) בגביש או בסלע עתיק, יכולים על פי היחסים הכמותיים ביניהם להעריך כמה אורניום היה בגביש מלכתחילה וכמה ממנו התפרק, וכך לחשב את גילו.

הצלבה מיקרוסקופית

בזכות זמן מחצית החיים הממושך של האורניום הטבעי, אפשר להשתמש בשיטה הזו לקביעת גילם של סלעים עתיקים ביותר. ממש משחר היווצרותו של כדוה"א. ואולם, השיטה אינה חפה מבעיות. ראשית, שיעור הטעות של השיטה נע בד"כ בין 0.1% לאחוז שלם. כלומר, בחישוב הגיל של סלעים מימיו הראשונים של כדוה"א, יש שגיאה מובנית של עשרות מיליוני שנים. בעיה נוספת היא תנודות של אטומי העופרת בתוך גבישי הזירקון. המדענים אינם יודעים כמעט דבר על התהליכים האלה, ואולם, הם סבורים כי נדידה של אטומי העופרת בגביש במשך מיליוני שנים, עלולה לשבש את המדידה של ריכוזם, ולהטות את תוצאות החישוב של גיל האבן. כדי להתגבר על הבעיה הזו, השתמשו החוקרים, בהובלת פרופ' ג'ון ואלי (Valley) מהמעבדה לאסטרו-ביולוגיה באוניברסיטת וויסקונסין, בטכנולוגיה מיקרוסקופית מיוחדת, המאפשרת לזהות, לאפיין ולמפות אטומי עופרת יחידים. השיטה המכונה atom-probe tomography, מבוססת על ספירת האטומים בעזרת שדה חשמלי זעיר, ובעזרתה יכולים החוקרים לקבוע בדיוק רב לא רק את מספרם של אטומי העופרת בדגימה מהגביש, אלא גם לזהות איזו צורה של עופרת זו, ולוודא כי היא אכן נוצרה בשרשרת ההתפרקויות הרדיואקטיביות שראשיתה באטומי אורניום.

לוח הזמנים הגיאולוגי ובו בין היתר מועד היווצרו של הזירקון העתיק ביותר. צילום: קצת יותר עבה משערה ושופך אור על ראשית החיים. גביש הזירקון הקדום. צילום: John Valley
לוח הזמנים הגיאולוגי ובו בין היתר מועד היווצרו של הזירקון העתיק ביותר. צילום: קצת יותר עבה משערה ושופך אור על ראשית החיים. גביש הזירקון הקדום. צילום: John Valley

מתקרר מהר

על סמך הצלבה של שתי השיטות, החוקרים מדווחים במאמר בכתב העת Nature Geoscience כי גביש הזירקון הנדיר הוא אכן בן 4.4 מיליארד שנים – כלומר רק 100 מיליון שנים אחרי היווצרותו של כדור הארץ. התקופה הזו מכונה בגיאולוגיה העידן ההדאני (Hadean), על שמו של האדס, אל השאול במיתולוגיה היוונית, בשל התנאים הקשים ששררו אז לכאורה על פניו של כדור הארץ הלוהט. ואולם, מציאתו של גביש זירקון מהתקופה הזו, מעוררת סימני שאלה אם כדור הארץ אכן היה אז כה לוהט. לדבריהם, הממצא מעיד כי הקרום החיצוני של כדוה"א התקרר מוקדם הרבה יותר ממה שחשבו עד כה. אם זה נכון, אפשר שגם החיים על פני כדור הארץ התחילו מוקדם בהרבה ממה שידוע לנו. עד כה סברו מדענים כי החיים הראשונים נוצרו כשכדור הארץ היה בן מיליארד שנים בערך. הממצאים בשטח תומכים בינתיים בסברה הזו: המאובנים העתיקים ביותר של חיידקים קדומים הם בני 3.4 מיליארד שנים. ואולם, לדברי ואלי ועמיתיו, הגביש הקדום שלהם מוכיח שקרום כדור הארץ היה קריר יחסית כבר בעידן קדום מאוד, ולכן להערכתם, הטמפרטורה על פניו התאימה לקיום חיים כבר לפני 4.3 מיליארד שנים – כמעט מיליארד שנים מוקדם יותר מההנחה המקובלת כיום.

מאין באנו

לאיש עדיין אין תשובה לשאלה כיצד נוצרו החיים על פני כדור הארץ. כיום אין חולק על ההערכה שהיצורים הראשונים היו תאים יחידים, דמויי חיידקים פרימטיביים שחיו בים, ובהדרגה יצרו שיתופי פעולה שהובילו להתפתחות יצורים רב תאיים מורכבים יותר ויותר. אך כיצד נוצרו אותם תאים ראשוניים בעלי יכולת שכפול עצמי והעברת מידע מדור לדור? יש הסבורים כי אבני הבניין של החיים כמו חלבונים ו-DNA התפתחו בשורה ארוכה מאוד של תהליכים אקראיים שהניבו אט-אט את התוצרים המורכבים.

תיאוריה אחרת, מסקרנת לא פחות, גורסת כי אותן אבני בניין של החיים הגיעו מאי-שם ביקום, על גבי מטאוריטים שפגעו בכדוה"א הפגום. על פי התיאוריה הזו, לחיים בעולמנו יש שורשים חייזריים, ואפשר שאחינו לאותן אבני בניין, ממתינים לנו במקום כלשהו – אולי בצורת חיידקים פשוטים ואולי יצורים תבוניים ומשוכללים מאיתנו. אם אכן נגלה כי החיים התחילו מאות מיליוני שנים מוקדם ממה שחשבנו עד כה, הדבר עשוי לחולל מהפכה בתפיסה שלנו בדבר קצב התרחשותם של התהליכים האבולוציוניים המוקדמים, אם אנו דוגלים בתפיסה כי החיים התפתחו כאן. לדוגלים בתיאוריה כי מקור החיים בחלל, קביעת המועד המשוער של ראשיתם על כדוה"א, עשויה לאפשר לנו לנסות ולאתר ביתר דיוק את מקורם ביקום, ואולי אפילו לאתר את אחינו האבודים.

קישורים נוספים:

להודעה של החוקרים

מאמר המחקר ב- Nature Geoscience

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

5 תגובות

  1. עזבו את אהד זקהיים בשקט, האיש מתעניין בניתוח של תמונות לא מפוקסות ממצלמות גרועות AKA "עצמים בלתי מזוהים" (בטח שאי אפשר לזהות אותם, הם לא צולמו בפוקוס!). קל וחומר שידבר על פחמן 14 בכתבה שבכלל מדברת על תארוך אורניום.

  2. הי,
    ועל זיהום רדיואקטיבי שמעתם?
    שבאים לתארך בפחמן 14 יש לקחת זרע שלא ספג (כך מקווים/מאמינים) פחמן קדום יותר כך שתארוכים רדיואקטיבים קדומים יותר בעיית הדיוק היא עוד יותר משמעותית!
    עם אותו גרגר חול שעליו בונים עולם ומלואו ספח לקירבו קרינה שאת מקורה ועוצמתה לא ניתן לזהות איך אפשר לכייל את התארוך?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן