Ποια είναι η σημασία των ηφαιστείων στη ζωή στη Γη;

Παρά τη φήμη τους ως καταστροφικές δυνάμεις, τα ηφαίστεια ήταν πραγματικά κρίσιμα για την ανάπτυξη της ζωής στη Γη. Χωρίς ηφαίστεια, το μεγαλύτερο μέρος του νερού της Γης θα ήταν ακόμα παγιδευμένο στο φλοιό και το μανδύα. Οι πρώιμες ηφαιστειακές εκρήξεις οδήγησαν στη δεύτερη ατμόσφαιρα της Γης, η οποία οδήγησε στη σύγχρονη ατμόσφαιρα της Γης. Εκτός από το νερό και τον αέρα, τα ηφαίστεια είναι υπεύθυνα για τη γη, μια άλλη αναγκαιότητα για πολλές μορφές ζωής. Τα ηφαίστεια μπορεί να είναι καταστροφικά τη στιγμή, αλλά τελικά η ζωή της Γης δεν θα ήταν η ίδια, αν υπήρχε καθόλου, χωρίς ηφαίστεια.

Το συσσωρευτικό υλικό που σχηματίζει τη Γη ενώθηκε με διάφορους βαθμούς βίας. Η τριβή του συγκρουόμενου υλικού σε συνδυασμό με τη θερμότητα από ραδιενεργό διάσπαση. Το αποτέλεσμα ήταν μια περιστρεφόμενη λειωμένη μάζα.

Γη

Καθώς η περιστρεφόμενη λειωμένη μάζα επιβραδύνθηκε και ψύχθηκε, το καζάνι που βράζει ανέπτυξε ένα στερεό επιφανειακό στρώμα. Το καυτό υλικό από κάτω συνέχισε να βράζει και να φουσκώνει στην επιφάνεια. Το επιφανειακό στρώμα απορριμμάτων μετακινήθηκε, μερικές φορές συσσωρεύτηκε σε παχύτερα στρώματα και μερικές φορές βυθίστηκε ξανά στη λειωμένη μάζα. Με την πάροδο του χρόνου, ωστόσο, η επιφάνεια πυκνώθηκε σε πιο μόνιμα στρώματα. Οι ηφαιστειακές εκρήξεις συνεχίστηκαν, αλλά η πρώτη γη είχε σχηματιστεί.

Ατμόσφαιρα

Καθώς η μάζα της Γης συσσωρεύτηκε, τα λιγότερο πυκνά αέρια που παγιδεύτηκαν στη Γη άρχισαν να ανεβαίνουν στην επιφάνεια. Οι ηφαιστειακές εκρήξεις μετέφεραν αέρια και νερό από το εσωτερικό της Γης. Χρησιμοποιώντας τις σημερινές εκρήξεις ως μοντέλο, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αποτελούσε η ατμόσφαιρα που δημιουργούσαν αυτά τα ηφαίστεια υδρατμών, μονοξειδίου του άνθρακα, διοξειδίου του άνθρακα, υδροχλωρικού οξέος, μεθανίου, αμμωνίας, αζώτου και θείου αέρια. Τα στοιχεία για αυτήν την πρώιμη ατμόσφαιρα περιλαμβάνουν εκτεταμένους σχηματισμούς σιδήρου. Αυτοί οι σχηματισμοί πετρών δεν εμφανίζονται σε περιβάλλοντα πλούσια σε οξυγόνο όπως η σημερινή ατμόσφαιρα της Γης.

Νερό

Η ολοένα και πιο παχιά ατμόσφαιρα συσσωρεύτηκε καθώς η πρωτο-Γη ψύχθηκε. Τελικά η ατμόσφαιρα έφτασε τη μέγιστη ικανότητά της να συγκρατεί νερό και άρχισε η βροχή. Τα ηφαίστεια συνεχίζουν να εκρήγνυνται, η Γη συνεχίζει να ψύχεται και η βροχή συνεχίζει να πέφτει. Τελικά το νερό άρχισε να συσσωρεύεται, σχηματίζοντας τον πρώτο ωκεανό. Αυτός ο πρώτος ωκεανός περιείχε γλυκό νερό.

Μερικοί από τους παλαιότερους βράχους στη Γη, ηλικίας περίπου 3,5 δισεκατομμυρίων ετών, περιέχουν απολιθώματα που αναγνωρίζονται ως βακτηριακά. Οι ελαφρώς παλαιότεροι βράχοι, περίπου 3,8 δισεκατομμύρια ετών, περιέχουν ίχνη οργανικών ενώσεων. Το 1952, ο μεταπτυχιακός φοιτητής Στάνλεϋ Μίλερ δημιούργησε ένα πείραμα για την προσομοίωση των συνθηκών στους ωκεανούς και την ατμόσφαιρα της πρώτης Γης. Το σφραγισμένο σύστημα του Μίλερ περιείχε νερό και ανόργανες ενώσεις όπως αυτές που βρίσκονται στα ηφαιστειακά αέρια. Αφαίρεσε το οξυγόνο και εισήγαγε ηλεκτρόδια για να προσομοιώσει τον κεραυνό που συνήθως συνοδεύει τις ηφαιστειακές εκρήξεις, λόγω των ατμοσφαιρικών διαταραχών από την ηφαιστειακή σκόνη και τα αέρια. Για να προσομοιώσει τη φυσική εξάτμιση και τη συμπύκνωση, ο Μίλερ έβαλε τον πειραματικό του κύκλο σε κύκλους θέρμανσης και ψύξης για μια εβδομάδα, ενώ περνούσε ηλεκτρικούς σπινθήρες μέσω της φιάλης. Μετά από μια εβδομάδα, το σφραγισμένο σύστημα του Μίλερ περιείχε αμινοξέα, τα δομικά στοιχεία των ζωντανών υλικών.

Τα πειράματα παρακολούθησης από τον Miller και άλλους έδειξαν ότι η ανακίνηση της φιάλης για την προσομοίωση της δράσης των κυμάτων είχε ως αποτέλεσμα ορισμένα αμινοξέα να παγιδευτούν μαζί σε μικρές φυσαλίδες που μοιάζουν με το απλούστερο βακτήρια. Έδειξαν επίσης ότι τα αμινοξέα θα κολλήσουν σε ορισμένα φυσικά ορυκτά. Αν και οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη ενεργοποιήσει τη ζωή σε μια φιάλη, τα πειράματα δείχνουν ότι τα υλικά των απλών μορφών ζωής αναπτύχθηκαν στους πρώτους ωκεανούς της Γης. Η ανάλυση του DNA από σύγχρονες μορφές ζωής, από βακτήρια έως ανθρώπους, δείχνει ότι οι πρώτοι απλοί πρόγονοι ζούσαν σε ζεστό νερό.

Ενώ οι περισσότερες σύγχρονες ζωές θα πνιγούν σε εκείνη την πρώιμη ηφαίστεια ατμόσφαιρα, ορισμένες μορφές ζωής ευδοκιμούν σε αυτές τις συνθήκες. Απλά βακτηρίδια όπως αυτά που βρίσκονται σε αεραγωγούς βαθέων υδάτων δείχνουν ότι τα βακτήρια επιβιώνουν σε σκληρές συνθήκες. Απολιθώματα κυανοβακτηρίων, ένα είδος φωτοσυνθετικών γαλαζοπράσινων φυκών, που αναπτύχθηκαν και εξαπλώθηκαν στον αρχαίο ωκεανό. Το απόβλητο της αναπνοής τους, το οξυγόνο, τελικά δηλητηρίασε την ατμόσφαιρά τους. Η ρύπανση τους άλλαξε την ατμόσφαιρα αρκετά ώστε να επιτρέψει την ανάπτυξη μορφών ζωής που εξαρτώνται από το οξυγόνο.

Η σημασία των ηφαιστείων στη ζωή δεν τελείωσε με την ανάπτυξη ατμόσφαιρας πλούσια σε οξυγόνο. Οι πύρινοι βράχοι σχηματίζουν πάνω από το 80 τοις εκατό της επιφάνειας της Γης, τόσο πάνω όσο και κάτω από την επιφάνεια του ωκεανού. Οι πύρινοι βράχοι (βράχοι από τη φωτιά) περιλαμβάνουν ηφαιστειακούς (εκραγμένους) και πλουτωνικούς (λιωμένο υλικό που ψύχθηκαν πριν εκραγούν) βράχους. Οι ηφαιστειακές εκρήξεις συνεχίζουν να προσθέτουν γη, είτε επεκτείνοντας την υπάρχουσα γη, όπως στη Χαβάη, είτε φέρνοντας νέα νησιά στην επιφάνεια, όπως στο Surtsey, ένα νησί που εμφανίστηκε το 1963 κατά μήκος της κορυφογραμμής του μεσαίου ωκεανού Ισλανδία.

Ακόμη και το σχήμα των χερσαίων μαζών σχετίζεται με τα ηφαίστεια. Τα ηφαίστεια εμφανίζονται κατά μήκος των κέντρων εξάπλωσης της Γης, όπου η λάβα που εκρήγνυται ωθεί αργά τα ανώτερα στρώματα της Γης σε διαφορετικές διαμορφώσεις. Η καταστροφή της λιθόσφαιρας (κρούστα και άνω μανδύας) σε ζώνες υποαγωγής προκαλεί επίσης ηφαίστεια όταν το λιωμένο, λιγότερο πυκνό μάγμα ανεβαίνει πίσω στην επιφάνεια της Γης. Αυτά τα ηφαίστεια προκαλούν τους κινδύνους που συνδέονται με σύνθετα ηφαίστεια όπως το Mt. St. Helens και Βεζούβιος. Οι επιπτώσεις των εκρηκτικών εκρήξεων από σύνθετα ηφαίστεια κυμαίνονται από τις ταλαιπωρίες των καθυστερημένων και ακυρωμένων αεροπλάνων πτήσεις λόγω πυκνής τέφρας σε αλλαγές στις καιρικές συνθήκες όταν η ηφαιστειακή σκόνη φτάνει στη στρατόσφαιρα και μπλοκάρει μέρος του ήλιου ενέργεια.

Παρά τις αρνητικές επιπτώσεις της ηφαιστειακής δραστηριότητας, υπάρχουν και θετικά ηφαίστεια. Η ηφαιστειακή σκόνη, η τέφρα και οι βράχοι αποσυντίθενται σε εδάφη με εξαιρετική ικανότητα συγκράτησης θρεπτικών συστατικών και νερού, καθιστώντας τα πολύ γόνιμα. Αυτά τα πλούσια ηφαιστειακά εδάφη, που ονομάζονται ανισόλες, αποτελούν περίπου το 1% της διαθέσιμης επιφάνειας της Γης.

Τα ηφαίστεια συνεχίζουν να θερμαίνουν τα τοπικά τους περιβάλλοντα. Οι θερμές πηγές υποστηρίζουν τοπικά ενδιαιτήματα άγριας ζωής και πολλές κοινότητες χρησιμοποιούν γεωθερμική ενέργεια για θερμότητα και ενέργεια.

Ορυκτά συγκροτήματα συχνά αναπτύσσονται λόγω των υγρών από πύρινες εισβολές. Από πολύτιμους λίθους έως χρυσό και άλλα μέταλλα, τα ηφαίστεια σχετίζονται με μεγάλο μέρος του ορυκτού πλούτου της Γης. Η αναζήτηση αυτών των ορυκτών και άλλων μεταλλευμάτων τροφοδότησε πολλές από τις ανθρώπινες εξερευνήσεις της Γης.