Viens no joprojām neatrisinātajiem noslēpumiem Zemes vēsturē ir tas, kā pirms miljardiem gadu planēta kļuva skābekļa un elpojoša. Tagad jauns pētījums saka, ka vainīgais varētu būt bijušas milzu klinšu plāksnes, kas veido Zemes ārējo apvalku.
Pārvietojoties šīm tā sauktajām plāksnēm, procesā, ko sauc par plākšņu tektoniku, zem citām plāksnēm tās būtu aprakušas ar oglekli bagātas mirušo radību paliekas, tām slīdot zem. Zemes mantijā zem garozas ogleklis nespēs reaģēt ar skābekli, atstājot šo svarīgo sastāvdaļu atmosfērā, sacīja zinātnieki.
Līdz Lielajam Oksigenācijas notikumam planētas atmosfēra bija slāpekļa, oglekļa dioksīda, ūdens tvaiku un metāna sajaukums. Tad pirms 2,5 miljardiem gadu vienšūnu radību klase sāka izmantot šo oglekļa dioksīdu un ražot skābekli kā atkritumu produktu. Bet skābeklis ir ļoti reaģējošs; reakcija ar virszemes iežiem un oglekļa nokļūšana no mirušo organismu paliekām ātri noārda elementu.
Apbedot oglekli
Jaunajā Megan Duncan un Rajdeep Dasgupta pētījumā Rīsas universitātē Teksasā tika secināts, ka mirušo radību ogleklis nokļuva zem zemes garozas vai tika pakļauts substrātam, veidojot grafītus un senos dimantus. Kā tāds, pēc dueta teiktā, Lielo Oksigenācijas Notikumu daļēji virzīja "modernās" plātņu tektonikas sākums, kurā Zemes garoza tiek sadalīta milzīgās plāksnēs, kas saduras, virmo un slīd pāri un viena virs otras.
Process bija pietiekami efektīvs, ka ogleklim nebija laika reaģēt ar skābekli, tāpēc skābeklis - visu šo agrīno radījumu atkritumu produkts - palika atmosfērā un uzkrājās gandrīz līdz šodien redzētajam līmenim. Rezultāts: atmosfēra, kas piemērota nākamajiem skābekļa elpotājiem.
"Šis darbs tika sākts, apsverot procesus, kas šodien notiek subdukcijas zonās," Live Science pastāstīja Duncan. "Un tad brīnos, kas notika senajās subdukcijas zonās."
Duncan izmantoja atmosfēras datormodeli, kas parāda reakciju starp oglekļa dioksīdu un ūdeni. Kad abi reaģē, tie veido molekulāro skābekli (kas sastāv no diviem skābekļa atomiem) un formaldehīdu (savienojumu, kas sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa). Formaldehīds ne vienmēr nozīmē to, ko dzīvās radības patiesībā ražotu; tas ir stand-in sarežģītākiem organiskā oglekļa savienojumiem, sacīja Duncan.
Parasti šī reakcija ir līdzsvarota; skābeklis atgriežas, veidojot vairāk oglekļa dioksīda (CO2) un ūdens, atstājot atmosfēru bez skābekļa. Tieši tur nonāk plākšņu tektonika, sacīja pētnieki. Saskaņā ar jauno pētījumu jostlinga plāksnes izspieda visu formaldehīdu pazemē, atstājot gaisā vairāk skābekļa. Tikmēr bez formaldehīda, kas virzītu "līdzsvarotu" ķīmisko reakciju, atmosfērā paliks papildu CO2, palīdzot CO2 izelpotājiem zelt un saražot vēl vairāk skābekļa kā atkritumus, secināja pētnieki savā datora modelī.
Kontrolējot oglekli
Lai pārbaudītu viņu hipotēzi, pētnieki senajā garozā izmantoja gan vecākus oglekļa mērījumus, gan laboratorijas eksperimentus. Piemēram, dažos senajos dimantos ir noteikts oglekļa-13 daudzums - oglekļa izotops, kas atrodams dzīvo organismu audos. Šie dati parādīja, ka kaut kāds organiskā oglekļa daudzums skaidri padarīja to mantijā (zem Zemes garozas), sacīja pētnieki.
Nākamais jautājums bija par to, vai ogleklis tur paliks. Duncan izkausēja silikāta stikla gabalu un pievienoja tam grafītu. Stikls imitēja seno garoza, un grafīts attēloja organismu oglekli, sacīja Duncan. Pēc tam viņa paaugstināja spiedienu un temperatūru, sākot no aptuveni 14 800 atmosfēras spiediena un palielinot to līdz 29 000 atmosfērām (tas ir aptuveni 435 000 mārciņu uz kvadrātcollu). Rezultāti parādīja, ka ogleklis varētu izšķīst klintīs apstākļos, kas, iespējams, atrodas Zemes agrīnajā apvalkā, teikts pētījumā. Rezultāts arī parādīja, ka ogleklis, iespējams, miljoniem gadu palika zem garozas, pirms vulkāni to atkal iznīcināja, teikts pētījumā.
Duncan sacīja, ka precīza Lielā oksigenēšanas notikuma mehānisma noteikšana nebūs viegla, un, iespējams, tas bija saistīts ar vairākiem, nevis tikai vienu, mehānismiem. Viens izaicinājums ir laika posms, kad sākās subdukcija, viņa sacīja.
"Ja mūsdienu plakanie tektoniskie procesi vienmēr ir bijuši darbībā, tas nedarbojas," sacīja Duncan. Citas liecību līnijas, šķiet, rāda, ka agrā Zemei sākotnēji varēja nebūt plākšņu tektonika un ka process sākās vēlāk, piebilda Duncan.
"Tas ir atkarīgs arī no tā, cik daudz organiskā oglekļa tika noņemts no virsmas," Duncan rakstīja e-pastā. "Cik daudz organiskā oglekļa nokļuva okeāna grīdā (kas, iespējams, ir atkarīgs no senās okeāna ķīmijas). Mēs zinām, ka tas notiek šodien. Mēs varam to iziet un izmērīt. Mēs to redzam senajos iežos un potenciāli dimantos, tāpēc mēs ticiet, ka organiskais ogleklis bija klāt un pazemināts visā Zemes vēsturē. "
Problēma ir precīza robežu noteikšana, cik daudz un cik ātri, viņa sacīja.
Tims Lions, Kalifornijas Riversaidas universitātes bioģeogrāfijas profesors, piekrita, ka šī modeļa sasaiste ar zināmo iežu iežu pārbaudi ir izaicinājums. "Viens no maniem jautājumiem ir par to, vai šos datus var saistīt ar pārliecinošu subdukcijas vēstures ierakstu," sacīja Lions.
"Ir ierosināti daudzi mehānismi, kas izraisa GOE; neviens pats par sevi nevar atjaunot O2 pieauguma apmērus, kas novēroti no ieraksta," sacīja Duncan. "Iespējams, ka daudzu šo mehānismu kombinācija, ieskaitot subdukciju, ļāva paaugstināties un saglabāt O2 līmeni visu pārējo Zemes vēsturi."
Pētījums parādījās (25. aprīlī) žurnālā Nature Geoscience.
