Az egyik még megoldatlan rejtély a Föld történetében az, hogy a bolygó milliárd évvel ezelőtt oxigénné lett és lélegzővé vált. Most egy új tanulmány szerint a bűnösnek az óriási kőlapok lehettek, amelyek a Föld külső héját alkotják.
Amint ezek az úgynevezett tányérok mozogtak, a lemeztektonikának nevezett folyamatban a többi lemez alá eltemethetik volna a szénben gazdag halott lények maradványait, amikor az alul csúsztak. A Föld köpenyében, kéreg alatt, a szén nem tudna reagálni az oxigénnel, így ezt a létfontosságú alkotóelemet a légkörbe hagyva - mondta a tudósok.
A nagy oxigénképződés eseményéig a bolygó légköre nitrogén, szén-dioxid, vízgőz és metán keveréke volt. Aztán, 2,5 milliárd évvel ezelőtt az egysejtű lények egy osztálya elkezdte használni ezt a szén-dioxidot és hulladékként oxigént termelni. De az oxigén nagyon reaktív; A felszíni kőzetekkel és az elhullott szervezetek maradványaiból kiszivárgó reakció gyorsan kimeríti az elemet.
Temetve szén
A texasi Rice Egyetemen Megan Duncan és Rajdeep Dasgupta új tanulmánya azt állította, hogy az elhullott lények szénét a földkéreg alá szorították vagy alávetették, hogy grafitokat és ősi gyémántokat képezzenek. Mint ilyen, a duó elmondta, a nagy oxigénképződés eseményét részben a "modern" lemeztektonika kezdete hajtotta végre, amelyben a Föld kéregét hatalmas lemezekre osztják, amelyek összeütköznek, felborulnak, és egymás fölé csúsznak.
A folyamat elég hatékony volt, és a szénnek nem volt ideje reagálni az oxigénnel, így az oxigén - az összes korai teremtmény hulladékterméke - a légkörben maradt, és a mai látott szint közelében felhalmozódott. Az eredmény: a jövőbeni oxigénszellőztetők számára megfelelő légkör.
"Ez a munka azzal kezdődött, hogy figyelembe vesszük azokat a folyamatokat, amelyek a szubdukciós zónákban ma zajlanak" - mondta Duncan a Live Science-nek. "És aztán azon tűnődött, mi történt az ősi szubdukciós zónákban."
Duncan a légkör számítógépes modelljét alkalmazta, amely bemutatja a szén-dioxid és a víz reakcióját. Amikor a kettő reagál, molekuláris oxigént (két oxigénatomból áll) és formaldehidet (szénből, hidrogénből és oxigénből álló vegyület) állítanak elő. A formaldehid nem feltétlenül az, amit az élőlények valóban előállítanak; ez áll a komplexebb szerves szénvegyületek számára - mondta Duncan.
Rendszerint ez a reakció kiegyensúlyozott; az oxigén visszakerül, hogy több szén-dioxidot (CO2) és vizet kapjon, és így atmoszférában nincs oxigén. A kutatók szerint itt jön a lemeztektonika. Az új tanulmány szerint a jostling tányérok az összes formaldehidet a föld alá tolják, így a levegőben több oxigén maradt. Eközben a "kiegyensúlyozott" kémiai reakciót kiváltó formaldehid nélkül a szén-dioxid maradna a légkörben, segítve a szén-dioxid-lélegezõket abban, hogy gyarapodjanak, és még több oxigént termeljenek hulladékként - találták a kutatók számítógépes modelljükben.
A szén ellenőrzése
Hipotézisük ellenőrzésére a kutatók az ősi kéregben és a laboratóriumi kísérletekben egyaránt régebbi szénméréseket használtak. Néhány ősi gyémántban például van egy bizonyos mennyiségű szén-13, egy szén-izotóp, amely az élő szervezetek szöveteiben található. Ezek az adatok azt mutatták, hogy valamilyen mennyiségű szerves szén egyértelműen bejuttatta a köpenybe (a földkéreg alatt) - mondta a kutatók.
A következő kérdés az volt, hogy a szén ott marad-e. Duncan megolvaszt egy darab szilikátüveget, és grafitot adott hozzá. Az üveg az ősi kéreg utánzata volt, a grafit pedig az organizmusok szénét reprezentálta - mondta Duncan. Ezután megemelte a nyomást és a hőmérsékletet, mintegy 14 800 atmoszféra nyomáson kezdve, és 29 000 atmoszférára emelte (ez kb. 435 000 font négyzet hüvelykben). Az eredmények azt mutatták, hogy a szén feloldódhat a kőzetben olyan körülmények között, amelyek valószínűleg jelen vannak a Föld korai köpenyében - mondta a tanulmány. Az eredmény azt is kimutatta, hogy a szén valószínűleg több millió évig a kéreg alatt maradt, mielőtt a vulkánok újra eloltották azt - mondta a tanulmány.
Duncan mondta, hogy a nagy oxigénképző esemény pontos mechanizmusának lerakása nem lesz könnyű - mondta Duncan, és valószínűleg több mechanizmust is magában foglal, nem csak egyet. Az egyik kihívás a szubdukció megkezdésének ütemterve - mondta.
"Ha a modern lemeztektonikus folyamatok mindig működtek, ez nem működik" - mondta Duncan. Úgy tűnik, hogy más bizonyítékok azt mutatják, hogy a Föld korai kezdetben nem volt lemeztektonikája, és hogy a folyamat később kezdődött el - tette hozzá Duncan.
"Ez attól is függ, hogy mennyi szerves szént távolítottak el a felszínről" - írta Duncan e-mailben. "Mennyi szerves szén jutott az óceán fenekéhez (ami valószínűleg az ókori óceán kémiájától függ). Tudjuk, hogy ez manapság megtörténik. Kimehetjük és megmérhetjük. Az ősi sziklákban és potenciálisan a gyémántokban látjuk, így úgy vélik, hogy a Föld története során szerves szén volt jelen és lecsökkent. "
A probléma az, hogy pontosan korlátozzák a mennyi és milyen gyors sebességet - mondta.
Tim Lyons, a kaliforniai Riverside-i Egyetem biogeokémia professzora egyetértett abban, hogy ki kell próbálni összekapcsolni ezt a modellt a sziklákban ismert ismert rekordokkal. "Az egyik kérdésem az, hogy összekapcsolhatók-e ezek az adatok a szubdukció történetének robusztus rekordjával" - mondta Lyons.
"Sok mechanizmust javasoltak a GOE kiváltására; önmagában egyik sem hozhatja létre az O2 növekedésének mértékét, amelyet a nyilvántartásból megfigyelnek" - mondta Duncan. "Valószínűleg ezeknek a mechanizmusoknak a kombinációja, beleértve a szubdukciót, lehetővé tette az O2 szint emelkedését és fenntartását a Föld története fennmaradó részében."
A tanulmány (április 25-én) megjelent a Nature Geoscience folyóiratban.
