Ένα από τα ακόμα αβέβαια μυστήρια σχετικά με την ιστορία της Γης είναι το πώς ο πλανήτης έγινε οξυγονωμένος και αναπνέει πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Τώρα, μια νέα μελέτη λέει ότι ο ένοχος μπορεί να ήταν οι γιγάντιες πέτρινες πλάκες που αποτελούν το εξωτερικό κέλυφος της Γης.
Καθώς αυτές οι αποκαλούμενες πλάκες μετακινούνταν, σε μια διαδικασία που ονομάζεται τεκτονική πλάκας, θα είχαν θαμμένα πλούσια σε άνθρακα απομεινάρια νεκρών πλάσματα κάτω από άλλες πλάκες καθώς γλίστρησαν κάτω. Στο μανδύα της Γης, κάτω από την κρούστα, ο άνθρακας δεν θα μπορούσε να αντιδράσει με οξυγόνο, αφήνοντας αυτό το ζωτικό συστατικό στην ατμόσφαιρα, δήλωσαν οι επιστήμονες.
Μέχρι το Μεγάλο Γεγονός Οξυγόνωσης, η ατμόσφαιρα του πλανήτη ήταν ένα μείγμα αζώτου, διοξειδίου του άνθρακα, υδρατμών και μεθανίου. Στη συνέχεια, πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια, μια τάξη μονόκυκλων πλασμάτων άρχισε να χρησιμοποιεί το διοξείδιο του άνθρακα και να παράγει οξυγόνο ως προϊόν αποβλήτων. Αλλά το οξυγόνο είναι εξαιρετικά αντιδραστικό. οι αντιδράσεις με επιφανειακούς βράχους και άνθρακα που διαρρέουν από τα υπολείμματα νεκρών οργανισμών θα εξαντλήσουν γρήγορα το στοιχείο.
Κατανάλωση άνθρακα
Η νέα μελέτη του Megan Duncan και του Rajdeep Dasgupta στο Πανεπιστήμιο Ράις του Τέξας υποθέτει ότι ο άνθρακας από τα νεκρά πλάσματα έχει ωθηθεί κάτω από το φλοιό της Γης ή έχει υποβληθεί, για να σχηματίσει γραφίτες και αρχαία διαμάντια. Ως εκ τούτου, σύμφωνα με το δίδυμο, το Μεγάλο Οξυγονωτικό Γεγονός ήταν, εν μέρει, οδηγείται από την αρχή της «σύγχρονης» τεκτονικής πλάκας, στην οποία η γήινη φλούδα χωρίζεται σε τεράστιες πλάκες που συγκρούονται, σπρώχνουν και ολισθαίνουν πάνω και κάτω από το άλλο.
Η διαδικασία ήταν αρκετά αποδοτική ώστε ο άνθρακας δεν είχε χρόνο να αντιδράσει με το οξυγόνο, οπότε το οξυγόνο - το απόβλητο όλων των πρώιμων πλασμάτων - παρέμεινε στην ατμόσφαιρα και συσσωρεύτηκε κοντά στα επίπεδα που βλέπουμε σήμερα. Το αποτέλεσμα: μια ατμόσφαιρα επιδεκτική σε μελλοντικούς αναπνευστήρες οξυγόνου.
"Αυτό το έργο ξεκίνησε εξετάζοντας τις διαδικασίες που συμβαίνουν σήμερα στις ζώνες υποχωρήσεων", δήλωσε ο Duncan στην Live Science. "Και αναρωτιέμαι λοιπόν τι συνέβη στις αρχαίες ζώνες υποτονισμού".
Ο Duncan χρησιμοποίησε ένα μοντέλο υπολογιστή της ατμόσφαιρας που δείχνει μια αντίδραση μεταξύ διοξειδίου του άνθρακα και νερού. Όταν τα δύο αντιδρούν, παράγουν μοριακό οξυγόνο (αποτελούμενο από δύο άτομα οξυγόνου) και φορμαλδεΰδη (μια ένωση αποτελούμενη από άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο). Η φορμαλδεΰδη δεν είναι αναγκαστικά αυτό που πραγματικά θα παράγουν τα ζωντανά πλάσματα. είναι ένα περίπτερο για πιο σύνθετες οργανικές ενώσεις άνθρακα, είπε ο Duncan.
Συνήθως, η αντίδραση αυτή είναι ισορροπημένη. το οξυγόνο γυρίζει πίσω για να κάνει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και νερό, αφήνοντας μια ατμόσφαιρα χωρίς οξυγόνο. Εκεί βρίσκονται οι τεκτονικές πλάκες, λένε οι ερευνητές. Σύμφωνα με τη νέα μελέτη, τα πλαϊνά πιάτα έσπρωξαν όλη τη φορμαλδεΰδη υπόγεια, αφήνοντας τον αέρα με περισσότερο οξυγόνο. Εν τω μεταξύ, χωρίς τη φορμαλδεΰδη που οδηγεί την «ισορροπημένη» χημική αντίδραση, θα παραμείνει στην ατμόσφαιρα επιπλέον CO2, βοηθώντας τους αναπνευστήρες να αναπτυχθούν και να παράγουν ακόμη περισσότερο οξυγόνο ως απόβλητα, σύμφωνα με τους ερευνητές στο μοντέλο του υπολογιστή τους.
Κρατώντας τον άνθρακα υπό έλεγχο
Για να ελέγξουν την υπόθεσή τους, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τόσο παλαιότερες μετρήσεις άνθρακα στα αρχαία κρούστα και εργαστηριακά πειράματα. Σε μερικά αρχαία διαμάντια, για παράδειγμα, υπάρχει μια ορισμένη ποσότητα άνθρακα-13, ένα ισότοπο άνθρακα που βρίσκεται στους ιστούς των ζωντανών οργανισμών. Αυτά τα στοιχεία έδειξαν ότι κάποια ποσότητα οργανικού άνθρακα κατέστησε σαφή το μανδύα (κάτω από τη γήινη φλούδα), ανέφεραν οι ερευνητές.
Η επόμενη ερώτηση ήταν αν ο άνθρακας θα παραμείνει εκεί. Ο Duncan λιώνει ένα κομμάτι από πυριτικό γυαλί και προσθέτει γραφίτη σε αυτό. Το γυαλί προσομοιώνει την αρχαία κρούστα και ο γραφίτης παριστάνει τον άνθρακα από τους οργανισμούς, είπε ο Ντάνκαν. Στη συνέχεια αύξησε την πίεση και τη θερμοκρασία, αρχίζοντας από περίπου 14.800 ατμόσφαιρες πίεσης και αυξάνοντας την σε 29.000 ατμόσφαιρες (δηλαδή περίπου 435.000 λίβρες ανά τετραγωνική ίντσα). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο άνθρακας θα μπορούσε να διαλυθεί σε βράχο κάτω από τις συνθήκες που πιθανόν υπάρχουν στο μανδύα της πρώιμης Γης, ανέφερε η μελέτη. Το αποτέλεσμα έδειξε επίσης ότι ο άνθρακας ήταν πιθανό να παραμείνει κάτω από την κρούστα για εκατομμύρια χρόνια πριν τα ηφαίστεια βυθιστούν ξανά, σύμφωνα με τη μελέτη.
Ο εντοπισμός του ακριβούς μηχανισμού για το Μεγάλο Οξυγονωτικό Γεγονός δεν θα είναι εύκολο, δήλωσε ο Ντάνκαν και πιθανόν να περιλάμβανε αρκετούς μηχανισμούς, όχι μόνο έναν. Μια πρόκληση είναι η χρονική στιγμή της έναρξης της υποβιβασμού, είπε.
"Εάν οι σύγχρονες τεκτονικές διαδικασίες πλάκας ήταν πάντα σε δράση, αυτό δεν λειτουργεί", είπε ο Duncan. Άλλες γραμμές αποδείξεων δείχνουν ότι η πρώιμη Γη ίσως δεν είχε αρχικά τεκτονική πλάκας και ότι η διαδικασία άρχισε αργότερα, πρόσθεσε ο Duncan.
"Εξαρτάται επίσης από το πόσο οργανικός άνθρακας αφαιρέθηκε από την επιφάνεια", γράφει ο Duncan σε ένα ηλεκτρονικό ταχυδρομείο. «Πόσο οργανικός άνθρακας έφτασε στον ωκεάνιο πάτο (που πιθανώς εξαρτάται από την αρχαία χημεία των ωκεανών) .Δεν γνωρίζουμε ότι συμβαίνει σήμερα, μπορούμε να βγούμε έξω και να το μετρήσουμε, το βλέπουμε στα αρχαία πετρώματα και ενδεχομένως στα διαμάντια. πιστεύουν ότι ο οργανικός άνθρακας ήταν παρών και υπέκυψε σε όλη την ιστορία της Γης ".
Το πρόβλημα είναι να θέσουμε ακριβή όρια για το πόσο και πόσο γρήγορα, είπε.
Ο Tim Lyons, καθηγητής βιογεωχημικής στο Πανεπιστήμιο της California Riverside, συμφώνησε ότι η σύνδεση αυτού του μοντέλου με το γνωστό ρεκόρ στους βράχους είναι μια πρόκληση. "Μία από τις ερωτήσεις μου είναι αν αυτά τα δεδομένα μπορούν να συνδεθούν με ένα ισχυρό ρεκόρ για την ιστορία της υποβόσκησης", δήλωσε ο Lyons.
"Υπήρξαν πολλοί μηχανισμοί που προτείνονται να προκαλέσουν τον GOE, κανένας από μόνος του δεν μπορεί να επαναδημιουργήσει το μέγεθος της αύξησης του O2 που παρατηρείται από το αρχείο", δήλωσε ο Duncan. "Ήταν πιθανό ένας συνδυασμός πολλών από αυτούς τους μηχανισμούς, συμπεριλαμβανομένης της υποανάπτυξης, που επέτρεψαν να αυξηθούν τα επίπεδα Ο2 και να διατηρηθούν για την υπόλοιπη ιστορία της Γης".
Η μελέτη εμφανίστηκε (25 Απριλίου) στο περιοδικό Nature Geoscience.
