Maždaug prieš 2,4 milijardo metų Žemėje viskas pasikeitė. Tai buvo laikas, kai Puikus oksidacijos įvykis (GOE), kai fotosintetinės bakterijos užtvindė atmosferą deguonimi, išstumdamos ankstyvas, nedeguonies neturinčias gyvybės formas į Žemės pakraščius. GOE padėjo pagrindus Žemei, kurią matome šiandien, kurioje dominuoja sudėtingos, deguonimi kvėpuojančios gyvybės formos.
Tačiau mokslininkus pribloškė viena detalė apie GOE laiką. Fotosintetinės bakterijos išpumpavo deguonį dar gerokai prieš faktinį GOE; Tiesą sakant, prieš šimtus milijonų metų.
Kur dingo visas deguonis?
Naujas tyrimas išnagrinėjo šį klausimą. Pagrindinis autorius yra Shintaro Kadoya, Vašingtono universiteto Žemės ir kosmoso mokslų daktaras. Tyrimas pavadintas „ Mantijos duomenys rodo, kad oksiduojamų vulkaninių dujų sumažėjimas galėjo sukelti didžiąją oksidaciją . Jis paskelbtas žurnale Nature Communications.
Žemės mantija, atmosfera ir gyvybė yra susieti tam tikra poliamorine grįžtamojo ryšio kilpa. Visi jie veikia vienas kitą. Jie turi visą ilgą planetos istoriją ir tebeturi iki šiol. Nuo chemijos nepabėgsi.
Kai atsirado fotosintetinės gyvybės formos, jos pradėjo gaminti deguonį kaip savo metabolizmo šalutinį produktą. Tačiau iš pradžių tas deguonis atmosferoje nesikoncentravo. Taip yra dėl ugnikalnių ir medžiagos, kurią ugnikalniai atnešė iš Žemės mantija , remiantis šiuo nauju tyrimu.
Kai ugnikalniai yra aktyvūs, jie į atmosferą siunčia didelius kiekius dujų. Tų dujų prigimtis priklauso nuo Žemės mantijos medžiagų pobūdžio. Anksčiau Žemės istorijoje ugnikalniai tiekė daug vandenilio, pavyzdžiui, iš mantijos į atmosferą.
Žemės sluoksniai, diferencijuotas planetinis kūnas. Kreditas: Wikipedia Commons / Surachit
Deguonis yra svingeris. Jis labai reaktyvus ir nedvejodamas derinamas su tokiais dalykais kaip vandenilis. Ir būtent taip atsitiko. Tai atsitiko ne tik su vandeniliu, bet ir su visomis kitomis medžiagomis, kurias ugnikalniai iškėlė į paviršių.
Taigi, nors tos ankstyvosios deguonį gaminančios gyvybės formos davė jai viską, ką turėjo, jos kovojo į kalną. Jų pagamintas deguonis susijungė su tokiais dalykais kaip vandenilis ir buvo pašalintas iš atmosferos.
„Iš esmės oksiduojamų vulkaninių dujų tiekimas galėjo sugerti fotosintezės deguonį šimtus milijonų metų po to, kai išsivystė fotosintezė.
David Catling, studijų bendraautorius, UW Žemės ir kosmoso mokslų profesorius
Taigi senovinės Žemės mantijos turinys per vulkaninę veiklą kontroliavo deguonies koncentraciją atmosferoje. Ir kol atmosferoje nebuvo koncentruota pakankamai deguonies, sudėtinga daugialąstelė gyvybė negalėjo vykti.
Reikalai sustojo.
Ankstyvoji Žemė buvo ne tik vulkaniškesnė nei dabartinė Žemė. Mantijos sudėtis buvo skirtinga, o tai reiškia, kad išsiveržimų metu dujų sudėtis buvo kitokia. Mount Redoubt ugnikalnis Aliaskoje. Vaizdo kreditas: R. Clucas – http://pubs.usgs.gov/dds/dds-39/album.html ir http://gallery.usgs.gov/photos/03_29_2013_otk7Nay4LH_03_29_2013_5#.UrvS2vfTn, https: //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=5768911
Ankstesnis 2019 metų studija parodė, kad senovės Žemės mantijoje buvo mažiau deguonies nei dabar ir daugiau medžiagų, galinčių reaguoti su deguonimi. Šis tyrimas buvo pagrįstas vulkaninėmis uolienomis Kanadoje ir Pietų Afrikoje, kurioms buvo 3,55 milijardo metų. Tai taip pat rodo, kad laikui bėgant Žemės mantija palaipsniui labiau oksidavosi.
Kai kurie šio 2019 m. straipsnio autoriai taip pat dalyvauja šiame naujame tyrime. Šiame naujame darbe išsamiau nagrinėjama, kaip Žemės mantijos pokyčiai lėmė į atmosferą išleistų vulkaninių dujų pokyčius.
Darbe dėmesys sutelkiamas į Žemės istorijos laikotarpį, vadinamą Archeanas Eonas , kuris prasidėjo maždaug prieš 4 milijardus metų. Tuo metu Žemei tebuvo apie 500 milijonų metų. Tuo metu vulkaninis aktyvumas buvo daug didesnis, o visa ta vulkaninė veikla buvo maitinama magma ir požeminėmis dujomis.
Mantija yra minkštesnis Žemės sluoksnis, esantis tiesiai po žeme pluta . Šis naujas tyrimas rodo, kad tada mantijos turinys buvo kitoks. Jame buvo daugiau medžiagos, kuri dar nebuvo oksiduota. Taigi visa ta senovinė vulkaninė veikla pagamino daug medžiagos atmosferos deguoniui sujungti, o tai pašalino deguonį iš atmosferos.
Tada visame procese įvyko lūžis.
Šie milžiniški iškastinių stromatolitų piliakalniai maždaug prieš 2,5 milijardo metų yra Pietų Afrikoje. Dėl masto atkreipkite dėmesį į kabančias žmogaus kojas viršuje, centre. Šiuos sluoksniuotus mineralus senovinėje pakrantėje nusodino mikrobų bendruomenės, įskaitant fotosintetines bakterijas, gaminančias deguonį. Naujasis tyrimas rodo, kad milijonus metų šių mikrobų gaminamas deguonis reagavo su vulkaninėmis dujomis prieš pradėdamas kauptis Žemės atmosferoje, maždaug prieš 2,4 mlrd. Vaizdo kreditas: Davidas Catlingas / Vašingtono universitetas
Senovės nuosėdinių uolienų, įskaitant juostinius geležies darinius, įrodymai rodo, kad maždaug prieš 2,5 milijardo metų vulkaninis ciklas oksidavo daugiau mantijoje esančios medžiagos. Tęsiant vulkaninę veiklą, jis gamino mažiau medžiagų, kurios lengvai susijungtų su deguonimi. Žemės mantija vis labiau oksidavosi. Lėtai atmosferoje gali kauptis gyvybės formų gaminamas deguonis.
Mantija, kažkada buvusi deguonies kriauklė, buvo prisotinta. Oxgyenui nebuvo kur eiti, tik atmosfera. Taip prasidėjo Didysis oksidacijos įvykis, atveriantis kelią sudėtingam gyvenimui.
„Iš esmės oksiduojamų vulkaninių dujų tiekimas galėjo sugerti fotosintezės deguonį šimtus milijonų metų po fotosintezės vystymosi“, – sakė bendraautorius Davidas Catlingas, UW Žemės ir kosmoso mokslų profesorius. „Tačiau kai pati mantija labiau oksidavosi, buvo išleista mažiau oksiduojamų vulkaninių dujų. Tada deguonis užliejo orą, kai nebeužteko vulkaninių dujų, kad būtų galima visa tai nušluoti.
Savo tyrime autoriai pabrėžia, kad viskas nėra taip paprasta. Yra ir kitų sudėtingumo, ir kitų mechanizmų, kurie prisideda prie deguonies kiekio atmosferoje. „Tačiau šis rezultatas neatmeta kitų procesų vaidmens atmosferos oksidacijoje...“ – rašo jie.
Senovinė komatitinė lava iš Komati slėnio Pietų Afrikoje. Atkreipkite dėmesį į įrankį dešinėje, kad pamatytumėte mastelį. Bendraautoriai naudojo šių tipų lavas daugiau nei prieš 3 milijardus metų, kad sužinotų, kaip pasikeitė mantijos chemija. Vaizdo kreditas:CSIRO / Vikipedija
Nesileidžiant į smulkmenas, yra ir kitų procesų, galinčių padidinti vandenilio ir kitų oksiduojančių medžiagų kiekį mantijoje, kurios dėl vulkaninės veiklos patenka į atmosferą. Kiti procesai gali suteikti daugiau esamo vandenilio, nekeičiant jo kiekio mantijoje. Tuo metu Žemė buvo judri vieta, o mantijos aušinimas paveikė visas šias deguonies operacijas.
Visa tai įvyko prieš milijardus metų. Ir nors senovės uolienos tam tikrais atžvilgiais pateikia tvirtų įrodymų, kiti dalykai, pavyzdžiui, mantijos dujų sugeriamo deguonies srauto greitis, turėjo būti kuo geriau įvertinti. Vienas iš pavyzdžių yra faktinė GOE data ir tai, kaip aplink tą datą yra „neapibrėžtumo vokas“. Autoriai rašo, kad…“fO2 neapibrėžtumas
Tai įdomu ne tik tai, kaip tai veikia mūsų supratimą apie Žemę ir sudėtingos gyvybės atsiradimą čia. Tai taip pat apima mūsų supratimą apie egzoplanetas ir jų potencialą palaikyti gyvybę.
'Tyrimas rodo, kad negalime atmesti planetos mantijos, kai atsižvelgiame į planetos paviršiaus ir gyvybės raidą', - sakė Kadoya.
Daugiau:
- Pranešimas spaudai: Vulkaninis aktyvumas ir Žemės mantijos pokyčiai buvo pagrindiniai atmosferos deguonies padidėjimo veiksniai
- Mokslinis darbas: Mantijos duomenys rodo, kad oksiduojamų vulkaninių dujų sumažėjimas galėjo sukelti didžiąją oksidaciją
- Visata šiandien: Mokslinė fantastika gali būti teisinga. Visoje Visatoje gali būti kvėpuojančios atmosferos
