Wiemy jak tlen znalazł się w atmosferze ziemskiej

Badania zostały przeprowadzone dzięki nowemu modelowi klimatycznemu, który wykorzystuje wiele dziedzin nauki, takich jak petrologia, geodynamika, wulkanologia, czy geochemia. Opracowanie badaczy z amerykańskich uniwersytetów Rice i Yale oraz Uniwersytetu Tokijskiego opublikowano w czasopiśmie "Nature Geoscience".

- Pomysł jest bardzo prosty, ale pełne zrozumienie go wymaga obszernej wiedzy o tym, jak funkcjonuje Ziemia - mówi główny autor badań Cin-Ty Lee z Uniwersytetu Rice.

Lee oraz Laurence Yeung i Adrian Lenardic z Uniwersytetu Rice, Ryan McKenzie z Uniwersytetu Yale i Yusuke Yokoyama z Uniwersytetu Tokijskiego swoje opracowanie stworzyli dzięki modelowi klimatycznemu, który wskazuje wzrost poziomu tlenu w ziemskiej atmosferze w dwóch momentach w historii naszej planety: około 2 miliardów lat temu i około 600 mln lat temu.

Obecnie około 20 procent atmosfery składa się z tlenu w stanie wolnym (O2). Nie jest on związany z innymi elementami, tak jak atomy tlenu w innych gazach atmosferycznych, takich jak dwutlenek węgla, czy dwutlenek siarki. Przez większą część 4,5-miliardowej historii Ziemi wolny tlen w ziemskiej atmosferze nie istniał.

- Nie brakowało go dlatego, że jest rzadki - tłumaczy Lee. - Tlen jest jednym z najbardziej powszechnych pierwiastków na skalnych planetach, takich jak Mars, Wenus i Ziemia. Jest jednak jednym z najbardziej reaktywnych chemicznie elementów. Tworzy silne wiązania chemiczne z wieloma pierwiastkami, przez co często jest uwięziony w tlenkach, pochowanych we wnętrzu naszej planety - w formie skał. Ziemia nie jest wyjątkiem wśród innych planet, prawie cały tlen pozostaje zamknięty w jej głębokim skalnym wnętrzu - dodaje badacz.

Według naukowców około 2,5 miliarda lat temu znacznie zmienił się skład skorupy ziemskiej. W czasie, gdy wystąpił pierwszy wzrost poziomu tlenu atmosferycznego, pojawiły się też ziarna mineralne, zwane kryształami cyrkonu.

- Kryształy cyrkonu krystalizują ze stopionych skał ze specjalnymi kompozycjami, a ich pojawienie się oznacza przemianę z ubogiego w krzemionkę wulkanizmu w taki, który jest w nią bogaty. Jest to ważne dla składu atmosfery, ponieważ skały bogate w krzemionkę mają znacznie mniej żelaza i siarki niż te, w których krzemionki jest mało, a żelazo i siarka reagują z tlenem go pochłaniają. Na tej podstawie uważamy, że pierwszy wzrost poziomu tlenu może być związany ze znacznym zmniejszeniem wydajności jego pochłaniaczy - tłumaczy Lee.

Dokładny powód pierwszego wzrostu poziomu tlenu nie jest do końca znany, jednak naukowcy uważają, że wiązał się on z tektoniką płyt i z momentem, gdy powierzchnia Ziemi stała się na tyle mobilna że jej część była w stanie zapaść się do wnętrza planety.

Drugi wzrost poziomu tlenu w atmosferze był związany z obiegiem węgla w przyrodzie.

- Produkcja tlenu jest związana z globalnym obiegiem węgla - cyklem węglowym pomiędzy Ziemią, biosferą, atmosferą i oceanami - mówi Lee.

Według badacza cykl węglowy Ziemi nigdy nie był w stanie równowagi, ponieważ dzięki aktywności wulkanicznej węgiel powoli ucieka z wnętrza naszej planety w formie dwutlenku węgla, który jest kluczowym składnikiem niezbędnym do fotosyntezy. Węgiel jest usuwany z atmosfery dzięki powstawaniu skondensowanych form węgla, takich jak węgiel organiczny lub węglany. Pierwiastek ten odkłada się głównie na granicy kontynentów, a nie w oceanie. Oznacza to, że nie wróci on już do wnętrza Ziemi, a przy aktywności wulkanicznej udział węgla w atmosferze wzrasta.

Produkcja tlenu jest związana z produkcją węgla, także i poziom tlenu a atmosferze wzrasta. Model, z którego korzystali naukowcy wykazał, że drugi wzrost poziomu tego pierwiastka w atmosferze wystąpił dość późno w historii Ziemi.

- Dokładny moment zależy od modelu, ale oczywiste jest, że tworzenie skorupy kontynentalnej naturalnie prowadzi do dwóch wzrostów poziomu tlenu atmosferycznego, tak jak wykazują skamieniałości - twierdzi Lee.

Nowy model nie jest pozbawiony kontrowersji. Według niego, produkcja dwutlenku węgla wzrasta z upływem czasu, co nie zgadza się z powszechnie panującą opinią, że stężenie dwutlenku węgla w atmosferze od 4 miliardów lat stale spada. Mimo to naukowcy twierdzą, że być może warto ponownie przyjrzeć się wczesnej historii Ziemi.

Poziom dwutlenku węgla w atmosferze nie tylko prowadzi do wzrostu poziomu tlenu, ale także przyczynia się do wzrostu roślinności na Ziemi. Najnowsze badania NASA wykazują, że obszary, które do niedawna pokryte były lodem, jałową ziemią lub piachem, teraz mogą pochwalić się bujną roślinnością.

Autor: zupi/rp / Źródło: science daily