Dünya'nın tarihi hakkında hala çözülemeyen gizemlerden biri, gezegenin milyarlarca yıl önce nasıl oksijenlendiğini ve nefes alabildiğiydi. Şimdi, yeni bir çalışma, suçlunun Dünya'nın dış kabuğunu oluşturan dev kaya levhaları olabileceğini söylüyor.
Bu sözde plakalar hareket ettikçe, plaka tektoniği olarak adlandırılan bir süreçte, altından kaydırıldıklarında karbon bakımından zengin ölü canlı kalıntılarını diğer plakaların altına gömeceklerdi. Bilim adamları, Dünya'nın mantosunda, kabuğun altında karbonun oksijenle reaksiyona giremeyeceğini ve bu hayati bileşeni atmosferde bırakmayacağını söyledi.
Büyük Oksijenlenme Olayına kadar gezegenin atmosferi azot, karbondioksit, su buharı ve metanın bir karışımıydı. Ardından, 2,5 milyar yıl önce, bir sınıf tek hücreli yaratıklar bu karbondioksiti kullanmaya ve atık ürün olarak oksijen üretmeye başladı. Ancak oksijen oldukça reaktiftir; yüzey kayaları ve ölü organizmaların kalıntılarından sızan karbon ile reaksiyonlar elementi hızla tüketecektir.
Karbon gömme
Teksas'taki Rice Üniversitesi'nde Megan Duncan ve Rajdeep Dasgupta'nın yeni çalışması, ölü yaratıklardan gelen karbonun yer kabuğunun altına itildiğini veya grafit ve antik elmaslar oluşturmak için çöktüğünü ortaya koydu. Bu şekilde, ikili, Büyük Oksijenlenme Olayı'nın kısmen, Dünya kabuğunun çarpışan, sarsıntı yapan ve üst üste ve altına kayan büyük plakalara bölündüğü "modern" plaka tektoniğinin başlangıcı tarafından yönlendirildiğini söyledi.
İşlem, karbonun oksijenle reaksiyona girecek kadar zamanı olmadığından yeterince etkiliydi, bu nedenle oksijen - tüm bu erken yaratıkların atık ürünü - atmosferde kaldı ve bugün görülen seviyelere yakın birikti. Sonuç: gelecekteki oksijen solunumlarına uygun bir atmosfer.
"Bu çalışma günümüzde batma bölgelerinde gerçekleşen süreçleri dikkate alarak başladı," dedi Duncan Live Science'a. "Ve sonra eski batma bölgelerinde neler olduğunu merak ediyorum."
Duncan, atmosferin karbondioksit ve su arasındaki reaksiyonu gösteren bir bilgisayar modeli kullandı. İkisi reaksiyona girdiğinde moleküler oksijen (iki oksijen atomundan oluşur) ve formaldehit (karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan bir bileşik) yaparlar. Formaldehit, canlıların aslında ürettikleri şey değildir; Duncan, daha karmaşık organik karbon bileşikleri için bir stand-in olduğunu söyledi.
Normalde, bu reaksiyon dengelidir; oksijen daha fazla karbondioksit (CO2) ve su yapmak için geri dönerek oksijensiz bir atmosfer bırakır. Araştırmacılar, plaka tektoniklerinin devreye girdiği yer. Yeni çalışmaya göre, jostling plakaları tüm formaldehit yeraltına itti ve havayı daha fazla oksijenle bıraktı. Bu arada, "dengeli" kimyasal reaksiyonu yönlendiren formaldehit olmadan, atmosferde fazladan CO2 kalır ve CO2-solunum cihazlarının atık olarak daha fazla oksijen üretmesine ve daha fazla oksijen üretmesine yardımcı olur.
Karbonu kontrol altında tutmak
Hipotezlerini kontrol etmek için araştırmacılar, hem eski kabukta hem de laboratuar deneylerinde daha eski karbon ölçümlerini kullandılar. Bazı antik elmaslarda, örneğin, canlı organizmaların dokularında bulunan bir miktar karbon-13, bir karbon izotopu vardır. Araştırmacılar, bu verilerin bir miktar organik karbonun açıkça mantoya (Dünya'nın kabuğunun altında) dönüştüğünü gösterdi.
Bir sonraki soru, karbonun orada kalıp kalamayacağıydı. Duncan bir parça silikat camı eritip grafit ekledi. Cam antik kabuğun simüle edildiğini ve grafitin organizmalardan gelen karbonu temsil ettiğini söyledi. Daha sonra 14.800 atmosfer basıncından başlayıp 29.000 atmosfere (inç kare başına yaklaşık 435.000 pound) yükselen basıncı ve sıcaklığı arttırdı. Araştırma sonuçları, karbonun erken Dünya'nın mantosunda muhtemel koşullar altında kayada çözünebileceğini gösterdi. Sonuç, volkanların tekrar patlamadan önce karbonun milyonlarca yıl boyunca kabuk altında kalacağını da gösterdi.
Büyük Oksijenasyon Etkinliği için kesin mekanizmayı tespit etmek kolay olmayacak, dedi Duncan ve muhtemelen sadece bir tane değil, çeşitli mekanizmalar içeriyordu. Zorluklardan biri, yitimin ne zaman başladığıdır.
Duncan, "Modern plaka tektonik süreçleri her zaman yürürlükteyse, bu işe yaramaz." Dedi. Diğer kanıtlar, erken Dünya'nın başlangıçta plaka tektoniğine sahip olamayabileceğini ve sürecin daha sonra başladığını gösteriyor gibi görünüyor.
"Bu aynı zamanda yüzeyden ne kadar organik karbon çıkarıldığına da bağlıdır," diye yazdı Duncan bir e-posta ile. "Okyanus tabanına ne kadar organik karbon yaptı (muhtemelen eski okyanus kimyasına bağlı). Bugün gerçekleştiğini biliyoruz. Dışarı çıkıp ölçebiliriz. Antik kayalarda ve potansiyel olarak elmaslarda görüyoruz, bu yüzden organik karbonun Dünya tarihi boyunca mevcut ve çökmüş olduğuna inanıyorum. "
Sorun, ne kadar ve ne kadar hızlı olduğuna kesin sınırlar koymak olduğunu söyledi.
California Riverside Üniversitesi'nde biyojeokimya profesörü Tim Lyons, bu modeli kayalarda bilinen rekorla bağlamanın bir zorluk olduğunu kabul etti. Lyons, "Sorularımdan biri, bu verilerin çökme tarihi için sağlam bir kayda bağlanıp bağlanamayacağıdır." Dedi.
Duncan, "GOE'ye neden olmak için birçok mekanizma önerildi; Hiçbiri, kendi başına, kayıttan gözlemlenen O2 artışının büyüklüğünü yeniden oluşturamaz." Dedi. "O2 seviyelerinin yükselmesine ve Dünya tarihinin geri kalanı boyunca korunmasına izin veren, batırma da dahil olmak üzere bu mekanizmaların çoğunun bir kombinasyonuydu.
Çalışma, 25 Nisan'da Nature Geoscience dergisinde yayınlandı.
