במשך עשרות שנים, הייתה דעה רווחת שהאוקיינוס העמוק התמלא בחמצן לפני כ-540 מיליון שנים, ופתחה באופן משמעותי את הדרך להתפתחות בעלי חיים מורכבים. מחקר שנערך על ממצאים מהקרום הימי העתיק של רוחות קנדה מראה שזו הייתה פשוטה יותר ממה שמקובל. בשיטה שמסתמכת על איזוטופים של תרכובת מתכת בשם תאליום, צוות מהאוניברסיטה של יוטה גילה כי רמות החמצן באוקיינוס העמוק עלו וירדו שוב ושוב בין כ-485 ל-380 מיליון שנים לפני זמננו, זמן רב לאחר שהחיים היו כבר מגוונים. מים עשירים בחמצן רק הופיעו לפרקים קצרים לפני שהאוקיינוס חזר לתנאים של חוסר חמצן נרחב.
כיצד תאליום משקף את היסטוריית החמצן העתיקה
החמצן עצמו לא שורד בתוך סלעים במשך מאות מיליוני שנים, ולכן החוקרים משתמשים באיזוטופים של מתכת כמדד עקיף. תאליום הוא מתכת בזעיר אנפין שיש לה שני איזוטופים בעלי משקלים קלים יותר וכבדים יותר. מינרלי מנגן שנפלו אל קרום הים סופגים את האיזוטופ הכבד יותר של תאליום, ומינרלים אלו ישארו קיימים רק באזורים שבהם יש חמצן מתמיד על קרום הים, שכן היעדר חמצן במשך מספר ימים בלבד ימסמס אותם. כששטחים גדולים של קרום הים רוויי חמצן, המים והבוץ שנוצרים ממנו נעשים מועשרים באיזוטופ הקל יותר.
על ידי מדידת יחס זה בסלעים עתיקים, חוקרנים יכולים להעריך לכמה חלקים משטח הימים העולמי היה מיוסר בחמצן. הצוות בחן 82 דגימות שיישבו באיזור נהר פיילי שבעמק קנדה, ועוד 44 דגימות מלטביה, לוב, ווילס ומונטנה, על פי אתר Earth.com.
תמונה חדשה שמחליפה את ההיסטוריה המוכרת
רוב הנתונים תאם את הערכים הרגילים של סלעי יבשה, מה שמעיד על חוסר חמצן באוקיינוס העמוק. אך ממצא יוצא דופן התגלה בין כ-405 ל-386 מיליון שנים לפני זמננו, כאשר הקריאות הצביעו על כך שמים עשירים בחמצן כיסו מעל ל-30 אחוז משטח קרום הים. הערך הנמוך ביותר הגיע מסלע מרסלוס שבאזור אפלאצ'יה, שהתגבש לפני כ-388 מיליון שנה. אך החמצן לא נשאר. עד כ-378 מיליון שנים לפני זמננו, הערכים חזרו לנפילות הרגילות, וזאת במקביל לערך שנמצא בסלעי מרסלוס מעליות של תקופת הקרחון האחרונה, בה הימים היו קרים ומעורבבים והאנושות הביאה לחמצן שפע לעומק.
המוביל של המחקר, צ'דלין אוסטרנדר, פרופסור לע geology ולגאופיזיקה באוניברסיטת יוטה, כתב בהודעה באוניברסיטה כי הנתונים החדשים מכניסים את זמני חמצון הים העמוק קדימה ב-160 מיליון שנים לפחות. עבודתם מבוססת על מחקרים קודמים שהערערו על הנרטיב המסורתי. מחקר משנת 2024, שמנהיגו הוא הביוגאולוג המילונאי אריק ספירלינג, הצביע על כך שרמות החמצן באוקיינוס העמוק לא הגיעו לרמות המודרניות עד לתקופת הדבון, ומחקר זה הוכיח שהחידושי החיים התקיימו בתנאים של חוסר חמצן, במקום היותם תלויים בחמצן עילאי כפי שנחשב קודם.
הגעה לחמצן בעומק הים קצת יותר קשה מהחמצון של השטח. היא דורשת מים קרירות, עשירות בחמצן, שיפלו ליד הקטבים ומעבר דרך תהליכי נשימה נמוכים במים שזזים — תנאים שאולי היו משתנים עם שינויים באקלים, רמות פני הים ומזונות הים.
מה זה אומר על התפתחות בעלי החיים המוקדמים
פרק הזמן שנבדק מכסה תקופה בה חיי הים כבר היו גדולים, ניידים וצורכי אנרגיה רבים, כולל תנופה שנייה של מגוון החיים הימי בין כ-485 ל-444 מיליון שנים לפני זמננו. אם מים עמוקים נשארו רוב הזמן ללא חמצן, משמעות הדבר היא שבעלי חיים התפתחו תחת הגבלות מצומצמות יותר ממה שחשבו קודם. אוסטרנדר טוען כי שינויים אבולוציוניים חשובים בתקופה זו לא דרשו חמצן עשרים בעומק, ושחופים רדודים, שמחליפים גז עם האטמוספירה, יכלו להיות מחומצנים גם כאשר עומקי הים לא היו כך. כך, חובבי הים יכלו לחיות באזורים שבקרבת פני השטח, בעוד שהעומקים נשארו חוסר חמצן.
למחקר יש מגבלות ברורות. הדגימות נאספו בערך פעם בכל 450,000 שנה, ולכן שינויים קצרים יותר עלולים להיות מוקצים. בנוסף, החוקרים לא הצליחו לשלול לחלוטין את האפשרות שתנועת תאליום במזינה את הקרום הימי הייתה מהירה מדי כדי לשקף את מצב כל הים, אך הם מעריכים שזה לא סביר. בנוסף, הנתונים מתחילים אחרי תקופת הקמבריון, ולכן אינם מבחנים ישירים לגבי התנאים שהתרחשו בזמן הפיצוץ הקמברוני. מתי הים העמוק קיבל חמצן קבוע הוא שאלה שנותרת פתוחה.
מקביל עכשווי: אוקיינוס מאבד חמצן
ההיסטוריה העתיקה מוצאת השתקפות גם בהווה. חוקרים מעריכים שהאוקיינוס העולמי איבד כ-2 אחוזים מהחמצן שלו מאז שנת 1960, ומביקורות שנעשו בשנת 2018 עולה כי אזורי הים הפתוח ללא חמצן הוכפלו בכמותם בעשורים האחרונים, בעוד אזורי חוף עם רמות נמוכות של חמצן התרחבו. מים חמים מחזיקים פחות חמצן ומערבבים פחות עם שכבות עמוקות, וגם זיהום מחקלאות ומשפכים מדרבן תופעות של פריחות אצות שמסיימות בחמצון כמות החמצן בים. בארה"ב, מפרץ מקסיקו וכנרת, חווים אזורי מוות קבועים בקיץ שמפריעים לדיג, לכלכלה החופית ועוד.
מחקרי הפלאוזואיקון איננו מוליכים את המודל של הים כיום, ואינם מנבאים את העתיד. מה שהמחקר הזה מראה הוא שהחמצן באוקיינוס לא היה מצב קבוע, ושהשינויים שבו התרחשו שוב ושוב, ומהמערכות הימיות נאלצו להסתגל לשינויים אלה.
הלקח למאזינים הוא שהמקור של חמצן בים העמוק לא היה מובטח מעולם. מעקב אחר קצב השינוי שלו היום, באמצעות ניטור אוקיינוסים ותוכניות להפחתת זיהום, הוא אחת הדרכים הבהירות לשמור על הדיג ועל הקהילות החופיות.
