Jedným z doteraz nevyriešených záhad histórie Zeme je to, ako sa planéta okysličila a bola priedušná pred miliardami rokov. V novej štúdii sa uvádza, že vinníkom mohli byť obrie skalné dosky, ktoré tvoria vonkajší plášť Zeme.
Keď sa tieto takzvané doštičky pohybovali, v procese nazývanom doskové tektoniky by zakopali o zvyšky mŕtvych tvorov bohaté na uhlík pod iné dosky, keď sa kĺzali pod nimi. Vedci tvrdia, že v zemskom plášti pod kôrou by uhlík nebol schopný reagovať s kyslíkom, pričom táto životne dôležitá zložka zostáva v atmosfére.
Až do Veľkej kyslíkovej udalosti bola atmosféra planéty zmesou dusíka, oxidu uhličitého, vodnej pary a metánu. Potom, pred 2,5 miliardami rokov, trieda jednobunkových tvorov začala používať tento oxid uhličitý a produkovať kyslík ako odpadový produkt. Ale kyslík je vysoko reaktívny; reakcie s povrchovými horninami a presakovaním uhlíka zo zvyškov mŕtvych organizmov by tento prvok rýchlo vyčerpali.
Ukladanie uhlíka
Nová štúdia Megana Duncana a Rajdeepa Dasguptu na Rice University v Texase predpokladala, že uhlík z mŕtvych tvorov sa dostal pod zemskú kôru alebo bol tlmený, aby vytvorili grafity a staré diamanty. Duo ako také uviedlo, že veľká kyslíková udalosť bola sčasti poháňaná začiatkom „modernej“ doskovej tektoniky, v ktorej sa zemská kôra delí na obrovské platne, ktoré sa zrážajú, strkajú a posúvajú sa nad sebou.
Proces bol dostatočne efektívny, aby uhlík nemal čas reagovať s kyslíkom, takže kyslík - odpadový produkt všetkých tých skorých stvorení - zostal v atmosfére a akumuloval sa na úroveň, ktorá je dnes viditeľná. Výsledok: atmosféra prístupná budúcim kyslíkom.
„Táto práca sa začala tým, že sme zvážili procesy, ktoré sa dnes vyskytujú v subdukčných zónach,“ povedal Duncan pre Live Science. „A potom premýšľal, čo sa stalo v starodávnych tlmiacich zónach.“
Duncan použil počítačový model atmosféry ukazujúci reakciu medzi oxidom uhličitým a vodou. Keď títo dvaja reagujú, vytvárajú molekulárny kyslík (pozostávajúci z dvoch atómov kyslíka) a formaldehyd (zlúčenina pozostávajúca z uhlíka, vodíka a kyslíka). Formaldehyd nie je nevyhnutne to, čo by živé bytosti skutočne produkovali; je to náhrada za zložitejšie organické zlúčeniny uhlíka, uviedol Duncan.
Spravidla je táto reakcia vyvážená; kyslíkové cykly späť vytvárajú viac oxidu uhličitého (CO2) a vody, pričom zanechávajú atmosféru zbavenú kyslíka. Vedci tvrdia, že tam prichádzajú tanierové tektoniky. Podľa novej štúdie trhacie taniere tlačili všetok formaldehyd do podzemia, čím zanechávali vzduch s väčším množstvom kyslíka. Medzitým bez toho, aby formaldehyd poháňal „vyváženú“ chemickú reakciu, zostal by v atmosfére ďalší CO2, čo by pomohlo priedušiekom CO2 prosperovať a produkovať ešte viac kyslíka ako odpadu, zistili vedci vo svojom počítačovom modeli.
Udržiavanie uhlíka pod kontrolou
Na overenie ich hypotézy vedci použili staršie merania uhlíka v prastarej kôre a laboratórne experimenty. Napríklad v niektorých starých diamantoch je určité množstvo uhlíka-13, izotopu uhlíka, ktorý sa nachádza v tkanivách živých organizmov. Tieto údaje ukazujú, že určité množstvo organického uhlíka sa jasne dostalo do plášťa (pod zemskou kôrou), uviedli vedci.
Ďalšou otázkou bolo, či by tam uhlík zostal. Duncan roztavil kúsok silikátového skla a pridal do neho grafit. Sklo simulovalo starú kôru a grafit predstavoval uhlík z organizmov, povedal Duncan. Potom zvýšila tlak a teplotu a začala pri tlaku asi 14 800 atmosfér a zvýšila sa na 29 000 atmosfér (to je asi 435 000 libier na štvorcový palec). Výsledky ukázali, že uhlík sa môže v hornine rozpúšťať za podmienok, ktoré sú pravdepodobne prítomné na začiatku zemského plášťa. Výsledok tiež ukázal, že uhlík pravdepodobne zostane v kôre milióny rokov predtým, ako ho sopky znovu vypuknú.
Duncan povedal, že presný mechanizmus pre Veľkú kyslíkovú udalosť nebude jednoduchý, pravdepodobne zahŕňal niekoľko mechanizmov, nielen jeden. Jednou z výziev je časový harmonogram začiatku subdukcie.
„Ak boli moderné doskové tektonické procesy vždy v akcii, nefunguje to,“ povedal Duncan. Zdá sa, že ďalšie línie dôkazov ukazujú, že na začiatku Zeme pravdepodobne neboli pôvodne doskové tektoniky a že proces sa začal neskôr, dodal Duncan.
„Závisí to aj od toho, koľko organického uhlíka sa z povrchu odstránilo,“ napísal Duncan v e-maile. „Koľko organického uhlíka sa dostalo do morského dna (čo pravdepodobne závisí od starovekej chémie oceánov). Vieme, že sa to stáva dnes. Môžeme to ísť a zmerať to. Vidíme to v starovekých skalách a prípadne v diamantoch, takže verí, že organický uhlík bol prítomný a tlmený v celej histórii Zeme. ““
Problém spočíva v presnom vymedzení toho, koľko a ako rýchlo, povedala.
Tim Lyons, profesor biogeochémie na University of California California Riverside, súhlasil, že spojenie tohto modelu so známym záznamom v horninách je výzvou. „Jednou z mojich otázok je, či tieto údaje môžu byť spojené s rozsiahlym záznamom o histórii útlmu,“ povedal Lyons.
„Navrhlo sa veľa mechanizmov, ktoré spôsobujú GOE; žiadny z nich sám osebe nedokáže znovu vytvoriť rozsah zvýšenia O2, ktorý je pozorovaný zo záznamu,“ uviedol Duncan. „Pravdepodobne kombinácia mnohých z týchto mechanizmov, vrátane tlmenia, umožnila zvyšovanie a udržiavanie hladín O2 po zvyšok histórie Zeme.“
Štúdia sa objavila (25. apríla) v časopise Nature Geoscience.
