چرخه ناخوشایند زمین؛ آیا کل آب سیاره قبلاً به شکل ادرار از بدن جانوران خارج شده است؟
زومیت: دفعه بعد که یک لیوان آب می نوشید، در نظر بگیرید که شاید همین مولکول های آب میلیون ها سال پیش در بدن دایناسور یا ماموت بوده است.
در نگاه اول، این سوال ممکن است عجیب یا حتی خنده دار به نظر برسد: آیا تمام آب روی زمین حداقل یک بار به صورت ادرار از بدن یک حیوان دفع شده است؟ اما این سوال در واقع به یکی از اساسی ترین ویژگی های سیاره ما، یعنی چرخه دائمی آب مربوط می شود.
مولکول های آب روی زمین دائما در حال گردش هستند. آب ممکن است مدتی به صورت یخ در یخچال باقی بماند، سپس ذوب شود و وارد رودخانه ای شود که به دریا می ریزد. بخشی از آن تبخیر می شود، تبدیل به ابر می شود و به صورت باران یا برف به زمین باز می گردد. همین آب می تواند وارد بدن گیاهان، حیوانات و انسان ها شود و در نهایت از راه هایی مانند تعریق، تنفس یا ادرار به محیط بازگردد.
به همین دلیل، بسیاری از مردم این سوال را مطرح می کنند که آیا آبی که امروزه از شیر آب خارج می شود، ممکن است میلیون ها سال پیش در بدن دایناسور، ماموت یا موجود زنده دیگری بوده باشد؟ و اگر چنین است، آیا می توان گفت که تمام آب های زمین قبلاً حداقل یک بار به صورت ادرار دفع شده است؟
نیل دوناهو، استاد شیمی و مهندسی شیمی در دانشگاه کارنگی ملون، معتقد است که اگر حساب کنیم، احتمالاً پاسخ مثبت است. البته وی تاکید می کند که این نتیجه بر اساس برخی فرضیات ساده کننده است و نباید آن را یک محاسبه دقیق علمی دانست.
او از یک فرض ساده شروع می کند تا به یک برآورد کلی برسد. به گفته وی، یک انسان به طور متوسط حدود 50 کیلوگرم وزن دارد و روزانه تقریباً یک لیتر ادرار دفع می کند. از آنجایی که هر لیتر آب تقریباً یک کیلوگرم وزن دارد، این معادل حدود یک کیلوگرم در روز است.
یک انسان به طور متوسط حدود 50 کیلوگرم وزن دارد و روزانه تقریباً یک لیتر ادرار دفع می کند
سپس دوناهو فرضیه دیگری را مطرح میکند، که آن را «یک فرضیه بسیار جسورانه» توصیف میکند: اینکه حیوانات دیگر تقریباً به همان سرعت انسان ادرار تولید میکنند. یعنی حدود یک درصد از وزن بدن شما در هر روز. او اذعان میکند که این فرض در دنیای واقعی کاملاً درست نیست، زیرا گونههای مختلف جانوری دارای نرخهای متابولیک، نیازهای آب و روشهای دفع مواد زائد متفاوت هستند. با این حال، چنین فرضی می تواند برای برآورد اولیه مفید باشد.
بر اساس این فرض، اگر مجموع جرم مهره داران زمین (گروه بزرگی از حیوانات که شامل پستانداران، پرندگان، ماهی ها، خزندگان و دوزیستان می شود) حدود دو میلیارد متریک تن در نظر گرفته شود، این حیوانات در مجموع نزدیک به 0.2 گیگاتن ادرار در روز تولید می کنند. برای درک بهتر این عدد می توان گفت که این حجم تقریبا برابر با آب در حدود 80000 استخر شنای المپیک است.
برای ساده کردن محاسبه، دوناهو بیشتر فرض میکند که جرم کل این حیوانات در میلیونها سال گذشته تقریباً ثابت بوده است. فرضی که در واقعیت کاملاً دقیق نیست، اما برای این برآورد کلی قابل قبول به نظر می رسد.
حال باید این مقدار را با حجم کل آب روی زمین مقایسه کرد. بر اساس برآوردهای سازمان زمین شناسی ایالات متحده، زمین حدود 1.4 میلیارد گیگاتن آب دارد. این آب نه تنها در اقیانوسها یافت میشود، بلکه در یخهای قطبی، یخچالهای طبیعی، دریاچهها، رودخانهها، آبهای زیرزمینی و حتی بخار آب موجود در جو نیز وجود دارد.
اگر این حجم کل آب را بر میزان ادرار تولید شده در هر روز تقسیم کنیم، نتیجه نشان می دهد که حدود هفت میلیارد روز یا نزدیک به 19 میلیون سال طول می کشد تا جرمی معادل کل آب روی زمین یک بار از طریق ادرار حیوانات دفع شود.
این عدد در مقایسه با تاریخ زمین جالب تر می شود. حدود 66 میلیون سال پیش، یک سیارک عظیم به منطقه یوکاتان در مکزیک کنونی برخورد کرد و رویدادی را آغاز کرد که منجر به انقراض دایناسورهای غیر پرنده شد. از آن زمان، بیش از سه برابر 19 میلیون سال گذشته است.
بر همین اساس، دوناهو می گوید حتی اگر فقط پستانداران را در نظر بگیریم، از زمان گسترش آنها پس از انقراض دایناسورها، احتمالاً بیش از یک بار جرم آب زمین را به صورت ادرار دفع کرده اند. بنابراین از نظر آماری احتمال اینکه مولکول آب در گذشته وارد بدن حیوان شده و از طریق ادرار دفع شود بسیار زیاد است.
دیوید کرامر، استاد هیدرولوژی در دانشگاه نوادا، لاس وگاس، به لایو ساینس گفت که اگر به تاریخ طولانی حیات روی زمین نگاه کنیم، شکی نیست که موجودات زنده حجم فوق العاده زیادی ادرار تولید کرده اند. با این حال، او معتقد است که نتیجهگیری درباره تک تک مولکولهای آب روی زمین کار سادهای نیست، زیرا چنین محاسباتی بر اساس مجموعهای از مفروضات و تعمیمهای گسترده است.
به گفته کرامر، اگر سوال این باشد که آیا هر قطره آب روی زمین حداقل یک بار وارد بدن حیوان شده و به صورت ادرار دفع شده است، احتمالاً پاسخ منفی است.
یکی از دلایل این امر این است که آب در چرخه آب با سرعت یکسانی حرکت نمی کند. برخی از مولکول های آب ممکن است به سرعت از اقیانوس تبخیر شوند و ظرف چند روز یا چند هفته به زمین بازگردند، اما برخی دیگر می توانند برای مدت طولانی تری در یک مکان باقی بمانند.
به عنوان مثال، برخی از آب یخچال ها و صفحات یخی قطبی ممکن است برای صدها هزار سال یخ زده باقی بماند. همچنین، برخی از ذخایر عمیق آب زیرزمینی برای ده ها هزار سال یا حتی بیشتر از چرخه آب فعال جدا مانده اند. در نتیجه ممکن است این آب ها هرگز فرصت ورود به بدن حیوان را نداشته باشند.
اما دلیل مهمتر مربوط به نوع کمی از آب است که دانشمندان آن را آب جوان می نامند. این آب در اعماق پوسته و گوشته زمین حبس شده است و در تمام تاریخ سیاره هرگز به سطح زمین نرسیده است. برخلاف اکثر آب هایی که در چرخه آب شرکت می کنند، این رسوبات عمیق عملاً از گردش عادی آب در سطح زمین جدا شده اند.
کرامر توضیح میدهد که این آبها میتوانند تحت شرایط خاصی، معمولاً از طریق فعالیتهای آتشفشانی، به سطح زمین برسند. همانطور که ماگما از اعماق زمین به سمت بالا حرکت می کند، مقداری از این آب را در خود حل می کند. سپس در هنگام فوران آتشفشان همراه با گازها، بخار آب، خاکستر و مواد مذاب به جو یا سطح زمین رها می شود.
به زبان ساده، هر بار که یک آتشفشان فعال است، مقداری آب «شیرین» از اعماق زمین وارد چرخه آب سیاره می شود. آبی که قبلاً هرگز در اقیانوس ها، رودخانه ها، ابرها یا بدن موجودات زنده وجود نداشته است.
این آب پس از ورود به سطح زمین مانند سایر آب ها وارد چرخه آب می شود. ممکن است تبخیر شود، به صورت باران ببارد، وارد رودخانه ها شود یا در نهایت توسط گیاهان و حیوانات جذب شود. اما در لحظه ای که برای اولین بار از اعماق زمین رها می شود، هرگز از بدن هیچ موجود زنده ای عبور نکرده است.
به همین دلیل کرامر معتقد است که اگرچه احتمالاً قسمت زیادی از آب روی زمین بارها وارد بدن موجودات زنده شده و به صورت ادرار دفع شده است، اما نمی توان گفت که تمام آب روی زمین چنین سرنوشتی داشته است. هر لحظه در نقاط مختلف جهان و به ویژه در مناطق آتشفشانی برای اولین بار مقداری آب از اعماق زمین به سطح زمین می رسد. آبی که هنوز هیچ حیوانی ننوشیده و هیچ موجودی به صورت ادرار از آن خارج نشده است.
بنابراین، پاسخ نهایی به این سوال بستگی به نحوه طرح آن دارد. اگر منظورتان این است که آیا بیشتر آب زمین در طول تاریخ طولانی این سیاره بارها از بدن موجودات زنده عبور کرده است، پاسخ تقریباً به طور قطع مثبت است. اما اگر منظورتان این است که آیا تک تک مولکول های آب روی زمین حداقل یک بار به صورت ادرار دفع شده است، دانشمندان می گویند احتمالاً اینطور نیست. زیرا بخشی از آب های این سیاره به تازگی از اعماق زمین وارد چرخه آب شده اند و هنوز چنین مسیری را طی نکرده اند.
