Pred približno 2,4 milijarde let se je na Zemlji vse spremenilo. To je bil čas Veliki oksidacijski dogodek (GOE), ko so fotosintetske bakterije preplavile atmosfero s kisikom in zgodnje pregnale nekisik z življenjskimi oblikami na obrobje Zemlje. GOE je postavil temelje za Zemljo, ki jo vidimo danes, kjer prevladujejo kompleksne življenjske oblike, ki dihajo kisik.
Vendar obstaja ena podrobnost o času GOE, ki je znanstvenike zmedla. Fotosintetske bakterije so črpale kisik že dolgo pred dejanskim GOE; na stotine milijonov let prej, pravzaprav.
Kam je izginil ves kisik?
Nova študija je preučila to vprašanje. Glavni avtor je Shintaro Kadoya, podoktorski raziskovalec znanosti o Zemlji in vesolju Univerze v Washingtonu. Študija nosi naslov » Podatki o plašču kažejo, da bi upad oksidativnih vulkanskih plinov lahko sprožil veliko oksidacijo .” Objavljena je v reviji Nature Communications.
Zemljin plašč, atmosfera in življenje so povezani v nekakšno poliamorno povratno zanko. Vsi vplivajo drug na drugega. Imajo skozi dolgo zgodovino planeta in imajo še danes. Kemiji ni pobegniti.
Ko so se pojavile fotosintetske oblike življenja, so začele proizvajati kisik kot stranski produkt njihovega metabolizma. Toda sprva se kisik ni koncentriral v ozračju. To je zaradi vulkanov in sestave materiala, ki so ga vulkani prinesli iz Zemlje plašč , glede na to novo študijo.
Ko so vulkani aktivni, v ozračje pošiljajo velike količine plinov. Narava teh plinov je odvisna od narave materialov v Zemljinem plašču. Prej v zgodovini Zemlje so vulkani dovajali veliko vodika, na primer iz plašča v ozračje.
Plasti Zemlje, diferencirano planetarno telo. Zasluge: Wikipedia Commons/Surachit
Kisik je svinger. Je zelo reaktiven in se brez obotavljanja kombinira s stvarmi, kot je vodik. In prav to se je zgodilo. To se ni zgodilo samo z vodikom, zgodilo se je z vsemi vrstami drugih materialov, ki so jih vulkani prinesli na površje.
Torej, čeprav so mu te zgodnje življenjske oblike, ki proizvajajo kisik, dajale vse, kar so imele, so se borile v hudi bitki. Kisik, ki so ga proizvedli, se je združil s stvarmi, kot je vodik, in bil odstranjen iz ozračja.
'V bistvu je bila dobava vulkanskih plinov, ki jih je mogoče oksidirati, sposobna požreti fotosintetični kisik stotine milijonov let po tem, ko se je fotosinteza razvila.'
David Catling, soavtor študije, profesor znanosti o Zemlji in vesolju UW
Torej je vsebina starodavnega Zemljinega plašča nadzorovala koncentracijo kisika v atmosferi z vulkansko aktivnostjo. In dokler v ozračju ni bilo koncentriranega dovolj kisika, kompleksno večcelično življenje ni moglo steči.
Stvari so zastale.
Zgodnja Zemlja ni bila le bolj vulkanska kot današnja Zemlja. Sestava plašča je bila drugačna, kar pomeni, da je bila sestava plinov v izbruhih drugačna. Vulkan Mount Redoubt na Aljaski. Avtor slike: R. Clucas – http://pubs.usgs.gov/dds/dds-39/album.html in http://gallery.usgs.gov/photos/03_29_2013_otk7Nay4LH_03_29_2013_5#.UrvS2vfTnrc, https: Public Domain //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5768911
Prejšnji študija 2019 pokazala, da je starodavni Zemljin plašč vseboval manj kisika kot zdaj in več snovi, ki lahko reagirajo s kisikom. Ta študija je temeljila na vulkanskih kamninah v Kanadi in Južni Afriki, ki so bile stare 3,55 milijarde let. Prav tako kaže, da je zemeljski plašč s časom postopoma bolj oksidiran.
Nekateri avtorji tega članka iz leta 2019 so prav tako vključeni v to novo raziskavo. To novo delo podrobneje preučuje, kako so spremembe v zemeljskem plašču povzročile spremembe v vulkanskih plinih, ki se sproščajo v ozračje.
Delo se osredotoča na obdobje v zgodovini Zemlje, imenovano Arhejski Eon , ki se je začela pred približno 4 milijardami let. Takrat je bila Zemlja stara le okoli 500 milijonov let. V tistem času je bilo veliko več vulkanske dejavnosti in vso to vulkansko dejavnost je napajala magma in podzemni plini.
Plašč je mehkejša plast Zemlje, neposredno pod skorjo . Ta nova študija kaže, da je bila vsebina plašča takrat drugačna. Vseboval je več materiala, ki še ni bil oksidiran. Vsa ta starodavna vulkanska aktivnost je torej proizvedla dovolj materiala, s katerim se je lahko združil atmosferski kisik, ki je odstranil kisik iz ozračja.
Potem je v celotnem procesu prišlo do preloma.
Te velikanske gomile fosilnih stromatolitov izpred približno 2,5 milijarde let se nahajajo v Južni Afriki. Za obseg opazite človekove viseče noge v zgornjem središču. Te večplastne minerale so na starodavno obalo odložile skupnosti mikrobov, vključno s fotosintetičnimi bakterijami, ki so proizvajale kisik. Nova študija kaže, da je kisik, ki ga proizvajajo ti mikrobi, milijone let reagiral z vulkanskimi plini, preden se je začel kopičiti v Zemljini atmosferi, pred približno 2,4 milijarde let. Zasluge za sliko: David Catling/Univerza v Washingtonu
Dokazi iz starodavnih sedimentnih kamnin, vključno s trakastimi železnimi formacijami, kažejo, da je pred približno 2,5 milijarde let vulkanski cikel oksidiral več materiala v plašču. Ko se je vulkanska aktivnost nadaljevala, je proizvedla manj materiala, ki bi se zlahka povezal s kisikom. Zemljin plašč je postajal vse bolj oksidiran. Počasi bi se kisik, ki ga proizvajajo življenjske oblike, lahko kopičil v ozračju.
Plašč, ki je bil nekoč ponor kisika, je postajal nasičen. Oxgyen ni imel kam iti kot vzdušje. S tem se je začel Veliki oksidacijski dogodek, ki je utrl pot kompleksnemu življenju.
'V bistvu je bila dobava vulkanskih plinov, ki jih je mogoče oksidirati, sposobna zaužiti fotosintetični kisik več sto milijonov let po tem, ko se je fotosinteza razvila,' je dejal soavtor David Catling, profesor znanosti o Zemlji in vesolju. 'Toda ko je sam plašč postal bolj oksidiran, se je sprostilo manj oksidativnih vulkanskih plinov. Nato je kisik preplavil zrak, ko ni bilo več dovolj vulkanskega plina, da bi vse počistil.'
Avtorji v svoji študiji poudarjajo, da stvari niso ravno tako preproste. Vpletene so druge zapletenosti in drugi mehanizmi, ki prispevajo k vsebnosti kisika v ozračju. 'Vendar ta rezultat ne izključuje vloge drugih procesov pri oksidaciji atmosfere ...' pišejo.
Starodavna komatiita lava iz doline Komati v Južni Afriki. Oglejte si orodje na desni za merilo. Soavtorji so uporabili te vrste lave izpred več kot 3 milijard let, da bi izvedeli, kako se je spremenila kemija plašča. Zasluga slike:CSIRO / Wikipedia
Ne da bi se spuščali v podrobnosti, obstajajo še drugi procesi, ki lahko povečajo količino vodika in drugih oksidativnih materialov v plašču, ki jih vulkanska aktivnost vnese v ozračje. Drugi procesi lahko omogočijo več obstoječega vodika, ne da bi spremenili količino v plašču. Zemlja je bila takrat živahno mesto in hlajenje plašča je vplivalo na vse te transakcije s kisikom.
Vse to se je zgodilo pred milijardami let. In čeprav starodavne kamnine na nek način zagotavljajo trdne dokaze, je bilo treba druge stvari, kot je hitrost pretoka kisika, ki ga absorbirajo plini plašča, oceniti čim bolje. En primer tega se nanaša na dejanski datum GOE in na to, kako obstaja 'negotovost' okoli tega datuma. Avtorji pišejo, da ...'negotovosti v fO2
Pri tem ni zanimivo le, kako vpliva na naše razumevanje Zemlje in na nastanek kompleksnega življenja tukaj. Razširja tudi naše razumevanje eksoplanetov in njihovega potenciala za podporo življenja.
'Študija kaže, da ne moremo izključiti plašča planeta, če upoštevamo evolucijo površine in življenja planeta,' je dejal Kadoya.
Več:
- Izjava za javnost: Vulkanska aktivnost in spremembe v Zemljinem plašču so bile ključne za dvig atmosferskega kisika
- Raziskovalna naloga: Podatki o plašču kažejo, da bi upad oksidativnih vulkanskih plinov lahko sprožil veliko oksidacijo
- Vesolje danes: Znanstvena fantastika je morda navsezadnje prava. Po vsem vesolju so lahko zračne atmosfere
