Једна од још увек неразрешених мистерија о Земљиној историји је како је планета постала оксигенизована и удишена пре милијарде година. Нова студија каже да су кривац можда огромне камене плоче које чине Земљину спољашњу шкољку.
Како би се ове такозване плоче кретале, у процесу званом тектоника плоча, они би закопали остатке мртвих бића угљеником испод других плоча док би клизали испод. У Земљином плашту, испод коре, угљеник не би могао да реагује са кисеоником, остављајући овај витални састојак у атмосфери, рекли су научници.
Све до Великог догађаја оксигенације атмосфера планете била је мешавина азота, угљен-диоксида, водене паре и метана. Затим, пре 2,5 милијарде година, класа једностаничних бића почела је да користи тај угљен диоксид и ствара кисеоник као отпадни производ. Али кисеоник је високо реактиван; реакције с површинских стијена и испирања угљика из остатака мртвих организама би брзо испразниле елемент.
Сахрањивање угљеника
Нова студија Меган Дунцан и Рајдееп Дасгупта на Универзитету Рице у Тексасу показала је да се угљеник од мртвих створења гурао под земљину кору или подчинио да ствара графит и древне дијаманте. Као такав, рекао је двојац, Велики догађај оксигенације делом је покренут покретањем "модерне" тектонике плоча, у којој је Земљина кора подељена на огромне плоче које се сударају, лебде и клизију једна испод друге.
Процес је био довољно ефикасан да угљеник није имао времена да реагује са кисеоником, тако да је кисеоник - отпадни производ свих тих раних бића - остао у атмосфери и нагомилао се готово до нивоа који данас видимо. Резултат: атмосфера погодна за будуће дисање кисеоника.
"Овај рад је започео разматрањем процеса који се данас дешавају у зонама субдукције", рекао је Дунцан Ливе Сциенце-у. "А онда се питам шта се догодило у древним зонама субдукције."
Дунцан је користио рачунарски модел атмосфере који је показао реакцију између угљен-диоксида и воде. Када њих двоје реагују, стварају молекуларни кисеоник (који се састоји од два атома кисеоника) и формалдехид (једињење сачињено од угљеника, водоника и кисеоника). Формалдехид није нужно оно што би заправо створила жива бића; Дунцан је рекао да је то сложенија за сложенија једињења органског угљеника.
Обично је та реакција уравнотежена; кисеоник се враћа назад да би створио више угљен-диоксида (ЦО2) и воде, остављајући атмосферу без кисеоника. Тамо долазе тектоника плоча, рекли су истраживачи. Према новој студији, дрвене плочице гурају сав формалдехид под земљу, остављајући ваздух са више кисеоника. У међувремену, без формалдехида који покреће "уравнотежену" хемијску реакцију, додатни ЦО2 би остао у атмосфери, помажући душницима да ЦО2 напредују и стварају још више кисеоника као отпад, открили су истраживачи у свом рачунарском моделу.
Контролу угљеника
Да би проверили своју хипотезу, истраживачи су користили и старија мерења угљеника у древним експериментима са коре и лабораторијама. На пример, у неким древним дијамантима постоји одређена количина угљеника-13, изотопа угљеника, који се налази у ткивима живих организама. Ти подаци показали су да је нека количина органског угљеника очигледно прешла у плашт (испод Земљине коре), рекли су истраживачи.
Следеће питање је било да ли ће угљеник остати тамо. Дунцан је растопио комад силикатног стакла и додао му графит. Стакло је симулирало древну кору, а графит је представљао угљеник из организама, рекао је Дунцан. Потом је повећала притисак и температуру, почевши од око 14.800 атмосферског притиска и повећавши га на 29.000 атмосфера (то је неких 435.000 фунти по квадратном инчу). Резултати су показали да би угљеник могао да се растопи у стени под условима вероватно присутним у плашту ране Земље, наводи се у студији. Резултат је такође показао да ће угљеник вероватно остати испод коре милионима година пре него што га вулкани опет изваде, наводи се у студији.
Утврђивање тачног механизма за Велики догађај оксигенације неће бити лако, рекао је Дунцан и вероватно је укључивало неколико механизама, а не само један. Један од изазова је време када је започео субдуцтион, рекла је она.
"Ако су савремени тектонски процеси плоча увек били на делу, то неће успети", рекао је Дунцан. Чини се да други извори доказа показују да рана Земља можда није имала тектонику плоча и да је процес почео касније, додао је Дунцан.
"Такође зависи и од тога колико органског угљеника је уклоњено са површине", написао је Дунцан у поруци е-поште. "Колико органског угљеника је доспело до дна океана (што вероватно зависи од древне океанске хемије). Знамо да се то догађа данас. Можемо изаћи и измерити га. Видимо га у древним стенама, а потенцијално и у дијамантима, тако да верују да је органски угљен био присутан и одузет у целој Земљиној историји. "
Проблем је у постављању тачних ограничења у томе колико и колико брзо, рекла је она.
Тим Лионс, професор биогеохемије на Универзитету Цалифорниа у Риверсајду, сложио се да је повезивање овог модела са познатим рекордима у стенама изазов. "Једно од мојих питања је да ли се ти подаци могу повезати са чврстим подацима о историји потчињености", рекао је Лионс.
"Било је много механизама који су предложени да изазову ГОЕ; ниједан, сам по себи, не може да створи јачину повећања О2 која се примећује из записа", рекао је Дунцан. "Вероватно је комбинација многих ових механизама, укључујући субдукцију, омогућила ниво О2 да се подигне и одржи до краја светске Земљине историје."
Студија се појавила (25. априла) у часопису Натуре Геосциенце.
