Viena iš iki šiol neišspręstų paslapčių apie Žemės istoriją yra tai, kaip prieš milijardus metų planeta tapo deguonimi ir kvėpuoja. Dabar naujas tyrimas sako, kad kaltininkas galėjo būti milžiniškos uolienų plokštės, sudarančios išorinį Žemės apvalkalą.
Kai šios vadinamosios plokštės judėjo, plokštelinės tektonikos procese, jos būtų paslėptos po kitomis plokštelėmis, po kitomis plokštelėmis būtų palaidoti negyvų būtybių, kuriuose gausu anglies, liekanų. Žemės mantija, esanti po pluta, anglis negalės reaguoti su deguonimi, palikdama šį gyvybiškai svarbų ingredientą atmosferoje, teigė mokslininkai.
Iki Didžiojo deguonies įvykio planetos atmosfera buvo azoto, anglies dioksido, vandens garų ir metano mišinys. Tada, prieš 2,5 milijardo metų, vienaląsčių būtybių klasė pradėjo naudoti tą anglies dioksidą ir gaminti atliekas kaip deguonį. Bet deguonis yra labai reaktyvus; reakcija su paviršinėmis uolienomis ir anglies nutekėjimas iš negyvų organizmų liekanų greitai išeikvotų elementą.
Užkasant anglis
Naujasis Megano Duncano ir Rajdeepo Dasguptos tyrimas Rice'o universitete Teksase teigia, kad mirusių būtybių anglis buvo stumiama po žemės pluta arba subliuškiama, kad susidarytų grafitai ir senoviniai deimantai. Kaip teigė duetas, Didžiąjį deguonies įvykio įvykį iš dalies lėmė „modernios“ plokštelinės tektonikos pradžia, kurioje Žemės pluta yra padalinta į didžiules plokšteles, kurios susiduria, sujudėja ir slysta viena po kitos.
Procesas buvo pakankamai efektyvus, kad anglis neturėjo laiko reaguoti su deguonimi, todėl deguonis - visų tų ankstyvųjų būtybių atliekų produktas - liko atmosferoje ir kaupėsi beveik iki šiandien matomo lygio. Rezultatas: atmosfera, pritaikyta būsimiems deguonies įkvėpėjams.
„Šis darbas pradėtas nagrinėjant procesus, kurie šiandien vyksta subdukcijos zonose“, - „Live Science“ pasakojo Duncan. "Ir tada įdomu, kas nutiko senovės pavergimo zonose".
Duncanas naudojo kompiuterinį atmosferos modelį, parodantį anglies dioksido ir vandens reakciją. Kai abu reaguoja, jie sukuria molekulinį deguonį (sudarytą iš dviejų deguonies atomų) ir formaldehidą (junginį, kurį sudaro anglis, vandenilis ir deguonis). Formaldehidas nebūtinai yra tas, kurį gyvieji tvariniai iš tikrųjų gamina; Duncan teigė, kad tai yra sudėtingesnių organinių anglies junginių atsargos.
Paprastai ta reakcija yra subalansuota; deguonis grįžta atgal, kad susidarytų daugiau anglies dioksido (CO2) ir vandens, paliekant atmosferą be deguonies. Štai kur patenka plokštelinė tektonika, teigė tyrėjai. Remiantis naujuoju tyrimu, šiukšlių plokštelės stumia visą formaldehidą po žeme, ore palikdamos daugiau deguonies. Tuo tarpu be formaldehido, sukeliančio „subalansuotą“ cheminę reakciją, atmosferoje liktų papildomas CO2, padedantis CO2 įkvėpėjams klestėti ir gaminant dar daugiau deguonies kaip atliekas, tyrėjai nustatė savo kompiuteriniame modelyje.
Anglies kiekio kontrolė
Norėdami patikrinti savo hipotezę, tyrėjai panaudojo tiek senesnius anglies matavimus senovės plutoje, tiek laboratorinius eksperimentus. Pavyzdžiui, kai kuriuose senovės deimantuose yra tam tikras anglies-13, anglies izotopo, aptinkamo gyvų organizmų audiniuose, kiekis. Šie duomenys parodė, kad kai kurie organinės anglies kiekiai aiškiai paverčia ją mantija (po žemės pluta), teigė tyrėjai.
Kitas klausimas buvo, ar anglis joje liks. Duncan išlydo gabalėlį silikato stiklo ir į jį pridėjo grafito. Stiklas imitavo senovės plutą, o grafitas vaizdavo organizmų anglį, sakė Duncan. Tada ji padidino slėgį ir temperatūrą, pradėdama nuo maždaug 14 800 atmosferų slėgio ir padidindama ją iki 29 000 atmosferų (tai yra apie 435 000 svarų už kvadratinį colį). Rezultatai parodė, kad anglis gali ištirpti uolienose tokiomis sąlygomis, kurios, tikėtina, yra ankstyvoje Žemės mantijoje, sakoma tyrime. Rezultatas taip pat parodė, kad anglis greičiausiai išliko po pluta milijonus metų, kol ugnikalniai ją vėl sunaikino, sakoma tyrime.
Tikslus Didžiojo deguonies įvykio mechanizmo nustatymas nebus lengvas, sakė Duncanas. Tikėtina, kad jis apėmė ne vieną, o kelis mechanizmus. Viena iš iššūkių yra laikas, kada prasidėjo pavergimas, sakė ji.
"Jei visada buvo naudojami šiuolaikiniai plokštiniai tektoniniai procesai, tai neveikia", - teigė Duncan. Panašu, kad kiti įrodymai rodo, kad ankstyvoje Žemėje iš pradžių neturėjo plokštelinės tektonikos ir kad procesas prasidėjo vėliau, pridūrė Duncan.
„Tai taip pat priklauso nuo to, kiek organinės anglies buvo pašalinta iš paviršiaus“, - rašė Duncanas el. Laiške. "Kiek organinės anglies pateko į vandenyno dugną (tai greičiausiai priklauso nuo senovės vandenyno chemijos). Mes žinome, kad tai atsitinka šiandien. Mes galime išeiti ir išmatuoti. Mes matome jį senovės uolienose ir potencialiai deimantuose, todėl mes tiki, kad organinė anglis buvo ir buvo sublokuota per visą Žemės istoriją “.
Problema yra tikslios ribos, kiek ir kiek greitai reikia pasakyti.
Kalifornijos Riverside universiteto biogeochemijos profesorius Timas Lyonasas sutiko, kad susieti šį modelį su žinomu uolienų įrašu yra iššūkis. „Vienas iš mano klausimų yra tas, ar tuos duomenis galima susieti su patikimu įverčių istorijos įrašu“, - teigė Lyonas.
"Buvo pasiūlyta daugybė mechanizmų, leidžiančių sukelti GOE; nė vienas jų negali atkurti O2 padidėjimo masto, kuris stebimas iš įrašų", - teigė Duncan. "Tikėtina, kad daugelio šių mechanizmų derinys, įskaitant subdukciją, leido O2 lygiui pakilti ir išlikti visą likusią Žemės istoriją."
Tyrimas pasirodė (balandžio 25 d.) Žurnale „Nature Geoscience“.
