מעגל הגופרית: לא מה שחשבתם

במאמר שפורסם בכתב העת סיינס ביקשו ד"ר איתי הלוי מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן, יחד עם ד"ר שנן פיטרס מאוניברסיטת ויסקונסין וד"ר ודוורד פישר מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, להבין את מעגל הגופרית העולמי במשך 550 מיליוני השנים האחרונות

פיריט - זהב השוטים. מתוך ויקיפדיה
פיריט – זהב השוטים. מתוך ויקיפדיה

מעגל הגופרית בטבע נע דרך האטמוספרה, הימים והיבשות של כדור-הארץ. תוך כדי תנועה, הגופרית עוברת שינויים כימיים, ואלה קשורים לעתים לכימיה של יסודות אחרים, כמו פחמן וחמצן. כך, לדוגמה, יצורים חד-תאיים מסוימים משתמשים בתרכובות גופרית כדי לעכל את האוכל שלהם, בדומה לאופן בו יצורים אחרים משתמשים בחמצן. פעילות זו משפיעה אמנם על ריכוז החמצן החופשי באוויר, אבל הגופרית נחשבת בדרך כלל לגורם משני בתהליך בקרת רמות החמצן באטמוספרה, בעוד שהפחמן נחשב תמיד ל"שחקן המרכזי". ממצאים חדשים שהתפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Science רומזים שהתפקיד של הגופרית גדול ממה שחשבנו.

ד"ר איתי הלוי מהמחלקה למדעי הסביבה וחקר האנרגיה שבפקולטה לכימיה במכון ויצמן, יחד עם ד"ר שנן פיטרס מאוניברסיטת ויסקונסין וד"ר ודוורד פישר מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה, ביקשו להבין את מעגל הגופרית העולמי במשך 550 מיליוני השנים האחרונות – במהלכן רמות החמצן באטמוספרה היו קרובות לאלה המצויות בה היום – כ-20%. לשם כך הם השתמשו במאגר מידע הקרוי "מקרוסטראט" (Macrostrat), שפיתח ד"ר פיטרס. המאגר מכיל מידע מפורט על הגיאומטריה, הגיל והתכונות המינרלוגיות של אלפי יחידות מסלע בצפון אמריקה ומחוצה לה.

החוקרים השתמשו במאגר המידע כדי להתחקות אחר אחת הדרכים בהן גופרית המומסת במי האוקיינוסים יוצרת משקעים בקרקעיתם וכך יוצאת מהאוקיינוסים: באמצעות יצור של מינרלים הקרויים אוופוריטים גופריתיים. מינרלים נושאי גופרית אלה, כמו, לדוגמה, גבס טבעי, שוקעים בקרקעית של ימים רדודים כתוצאה מהתאיידות מי הים. הצוות מצא שקצבי הייצור והשיקוע של אוופוריטים גופריתיים השתנו בתדירות גבוהה יחסית במהלך 550 מיליוני השנים האחרונות. השינויים האלה קשורים לשינויים בשטח הימים הרדודים, לקווי הרוחב הגיאוגרפי בהם נמצאו היבשות הקדומות, ולגובה פני הים. אך התגלית שהפתיעה את ד"ר הלוי ואת עמיתיו הייתה שרק אחוז קטן, יחסית, של הגופרית שמגיעה למי האוקיינוסים יוצאת מהם בדרך זו. הממצאים שלהם הצביעו על דרך חשובה הרבה יותר לשיקוע גופרית – באמצעות מינרל אחר, הקרוי פיריט (pyrite).

הפיריט (הידוע גם בשם "זהב שוטים") הוא תרכובת של ברזל וגופרית, אשר נוצרת כאשר יצורים חד-תאיים השוכנים במשקעים בתחתית הים משתמשים בגופרית מומסת במי הים, כדי לעכל חומר אורגני. יצורים אלה קולטים גופרית בצורת סולפט (כלומר, קשורה לארבעה אטומי חמצן) ומשחררים אותה כסולפיד (ללא חמצן). תוך כדי התהליך משתחררים ארבעה אטומי החמצן, ולכן הוא נחשב כמקור לחמצן באוויר. עם זאת, חלק זה של מעגל הגופרית נחשב תמיד למשני – ביחס להשקעת אוופוריטים גופריתיים (שאינה כרוכה בשחרור חמצן), ולכן השפעתו על רמות החמצן באוויר נחשב לזניח.

בבדיקת מודלים תיאורטיים של מעגלי גופרית שונים מול המידע שבמאגר הבין הצוות, כי הייצור והשיקוע של הפיריט הוא למעשה משמעותי הרבה יותר משמקובל היה לחשוב: למעלה מ-80% מהגופרית המומסת במי האוקיאנוסים יוצאת מהם בדרך זו (לעומת אומדנים קודמים של 30-40%(. לעומת השונות הגבוהה בשיקוע אוופוריטים לאורך התקופה, שיקוע הפיריט שמר על יציבות יחסית. הניתוח הראה גם שמקור מרבית הגופרית הנכנסת לים הוא בבלייה של פיריט מהיבשה. במילים אחרות, התגלה כי קיים איזון בין ייצור הפיריט ושיקועו – בתהליך המשחרר חמצן, לבין בליית הפיריט מהיבשה, תוך צריכת חמצן. הממצאים מצביעים על החשיבות הגדולה של מעגל הגופרית בבקרת ריכוז החמצן באטמוספרה.

ד"ר פישר: " התוצאה המפתיעה ביותר היא העובדה שהבלייה והשיקוע של הפיריט היו, ככל הנראה, תהליכים חשובים מאוד, לאורך כל ההיסטוריה של כדור הארץ. מעגל הפחמן ידוע כשחקן מרכזי, אשר שולט בכימיה של החמצן. עם זאת, על-פי הממצאים שלנו, מספר דומה של אלקטרונים נע דרך מעגל הגופרית".

ד"ר הלוי: הממצאים האלה לא רק שופכים אור חדש על תפקיד הגופרית בבקרת רמות החמצן באטמוספרה, אלא מהווים צעד חשוב בפיתוח הבנה כמותית של התהליכים השולטים במעגל הגופרית הגלובלי".

למאמר המדעי

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

3 תגובות

  1. לאביחי – למעשה כל תגובת חמצון היא גם תגובת חיזור (ולפיכך גם להיפך).
    יצירת או שריפת דלק היא רק שאלה של מה מחומצן או מחוזר, כאשר אתה צודק שלרוב מדובר בתרכובות פחמן שעוברות חמצון (נשימה) או חיזור (קיבוע).
    לצורך נשימה אנחנו מכירים בעיקר את המחצן שהוא מחמצן חזק מאוד ולכן הרווח האנרגטי מנשימה אירובית (של חמצן) הוא הגבוה ביותר הידוע בטבע אך זה אינו המנגנון היחיד, ישנם חיידקים המסוגלים לנשום (לחמצן) באמצעות למשל: ניטראט (NO3) ברזל תלת ערכי וסולפאט כמתואר בכתבה כאשר אם הבנתי נכון הכוונה היא שההשפעה של התהליך המדובר על החמצן היא למעשה בכך שמדובר בחומר אורגני שננשם באמצעות סולפאט במקום חמצן ולא שהתהליך משחרר חמצן ישירות כגז.
    בכל מקרה התהליך הזה מתבצע בכל מקום שבו יש חומר אורגני זמין לפירוק אך אין חמצן זמין – בים בעיקר בתוך החול סנטימטרים בודדים מתחת לפני השטח. ניתן לראות זאת לפי הצבע של החול שהוא שחור – הצבע מתקבל מאותו פיריט (זהב השוטים). החול עשוי גם להסריח כמו ביצה מקולקלת במקרים בהם לא כל הגופרית הגיבה ליצירת פיריט וחלקה נותרה בצורה של סולפיד (H2S).
    אגב אותו סולפיד יכול לשמש כמקור אנרגיה בסביבות אותן נביעות הידרותרמליות שהזכרת ועליו מתבססות מערכות אקולוגיות שלמות בים העמוק. זה נהיה אפילו יותר סבוך אבל קצרה היריעה…

  2. פשוט כתבה מרתקת! באמת כל הזמן מדברים על מעגל הפחמן,בעקבות ההתחממות הגלובלית,אבל על גופרית כמעט שלא… זה מרענן ומחדש לקרוא על זה.

  3. יש גם חיידקים שמשתמשים בגופרית כמקור "דלק". בסופו של דבר כל מעגל האנרגיה ביצורים חיים זה אוסף של תגובות חמצון-חיזור. חיזור = יצירת "דלק" (חומר אורגני שניתן לחמצן אותו או "לשרוף" אותו, ולקבל כך הרבה אנרגיה). חימצון = ניצול הדלק להפקת אנרגיה (הגליקוליזה וה"נשימה" התאית אצלנו). אצל בעלי החיים זה חיזור/חימצון של תרכובות פחמן. אצל כמה חיידקים (נדמה לי שבעיקר בנביעות ההידרותרמיים למיניהם) זה חמצון/חיזור של תרכובות גופרית.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן