Unul dintre misterele încă nesoluționate despre istoria Pământului este modul în care planeta a devenit oxigenată și respirabilă, acum miliarde de ani. Acum, un nou studiu spune că vinovatul ar fi putut fi plăcile de rocă uriașe care alcătuiesc învelișul exterior al Pământului.
Pe măsură ce aceste așa-numite plăci se mișcau, într-un proces numit tectonică de plăci, acestea ar fi îngropat resturi bogate în carbon de creaturi moarte sub alte plăci, în timp ce alunecau dedesubt. În mantia Pământului, sub crustă, carbonul nu va putea reacționa cu oxigenul, lăsând acest ingredient vital în atmosferă, au spus oamenii de știință.
Până la Marele Eveniment de Oxigenare, atmosfera planetei era un amestec de azot, dioxid de carbon, vapori de apă și metan. Apoi, acum 2,5 miliarde de ani, o clasă de creaturi unicelulare a început să folosească dioxidul de carbon și să producă oxigen ca produs rezidual. Dar oxigenul este foarte reactiv; reacțiile cu roci de suprafață și filtrarea carbonului din resturile organismelor moarte ar epuiza rapid elementul.
Încărcarea carbonului
Noul studiu realizat de Megan Duncan și Rajdeep Dasgupta de la Universitatea Rice din Texas a susținut că carbonul de la creaturi moarte a fost împins sub scoarța terestră sau subductat, pentru a forma grafite și diamante antice. Ca atare, a spus duo-ul, Marele Eveniment de Oxigenare a fost, în parte, condus de începerea unei tectonice „moderne” a plăcilor, în care scoarța terestră este împărțită în plăci uriașe care se ciocnesc, se zvârlesc și alunecă una peste alta.
Procesul a fost suficient de eficient încât carbonul nu a avut timp să reacționeze cu oxigenul, astfel încât oxigenul - produsul reziduu al tuturor acelor creaturi timpurii - a rămas în atmosferă și s-a acumulat până aproape de nivelurile văzute astăzi. Rezultatul: o atmosferă aptă pentru viitori respiratori de oxigen.
„Această lucrare a început prin luarea în considerare a proceselor care se petrec astăzi în zonele de subducție”, a spus Duncan Live Science. „Și apoi ne întrebăm ce s-a întâmplat în zonele antice de subducție”.
Duncan a folosit un model computerizat al atmosferei care arată o reacție între dioxidul de carbon și apă. Când cei doi reacționează, formează oxigen molecular (format din doi atomi de oxigen) și formaldehidă (un compus format din carbon, hidrogen și oxigen). Formaldehida nu este neapărat ceea ce creau vietățile vii; este un stand-in pentru compuși organici de carbon mai complexi, a spus Duncan.
În mod obișnuit, reacția respectivă este echilibrată; oxigenul cicluri înapoi pentru a face mai mult dioxid de carbon (CO2) și apă, lăsând o atmosferă lipsită de oxigen. Acolo intră tectonica plăcilor, au spus cercetătorii. Conform noului studiu, plăcile de jostling au împins întreaga formaldehidă în subteran, lăsând aerul cu mai mult oxigen. Între timp, fără ca formaldehida să conducă reacția chimică „echilibrată”, CO2 suplimentar ar rămâne în atmosferă, ajutând respirații de CO2 să prospere și să producă și mai mult oxigen ca deșeuri, cercetătorii au descoperit în modelul lor de computer.
Păstrarea carbonului sub control
Pentru a-și verifica ipoteza, cercetătorii au utilizat atât măsurători mai vechi de carbon în experimentele antice și de laborator. În unele diamante antice, de exemplu, există o anumită cantitate de carbon-13, un izotop de carbon care se găsește în țesuturile organismelor vii. Aceste date au arătat că o anumită cantitate de carbon organic a făcut-o în mod clar în manta (sub scoarța terestră), au spus cercetătorii.
Următoarea întrebare a fost dacă carbonul va rămâne acolo. Duncan a topit o bucată de sticlă de silicat și i-a adăugat grafit. Sticla a simulat crusta antică, iar grafitul a reprezentat carbonul provenit din organisme, a spus Duncan. Apoi a crescut presiunea și temperatura, începând cu aproximativ 14.800 atmosfere de presiune și creșterea acesteia la 29.000 de atmosfere (adică aproximativ 435.000 de lire sterline pe pătrat). Rezultatele au arătat că carbonul s-ar putea dizolva în rocă în condițiile prezente probabil în mantaua timpurie a Pământului, a spus studiul. Rezultatul a arătat, de asemenea, că este posibil ca carbonul să rămână sub crustă timp de milioane de ani înainte ca vulcanii să-l arunce din nou, a spus studiul.
Reducerea mecanismului exact pentru Marele Eveniment de Oxigenare nu va fi ușor, a spus Duncan și, probabil, a implicat mai multe mecanisme, nu doar unul. O provocare este cronologia momentului în care a început subducția, a spus ea.
„Dacă procesele moderne tectonice cu plăci au fost întotdeauna în acțiune, acest lucru nu funcționează”, a spus Duncan. Alte linii de dovezi par să arate că Pământul timpuriu nu ar fi putut avea tectonica plăcilor inițial și că procesul a început mai târziu, a adăugat Duncan.
"Depinde și de cât de mult a fost eliminat carbon organic de la suprafață", a scris Duncan într-un e-mail. "Cât de mult carbon organic a ajuns la fundul oceanului (care probabil depinde de chimia oceanică antică). Știm că se întâmplă astăzi. Putem să-l ieșim și să-l măsurăm. Îl vedem în rocile antice și, probabil, în diamante, deci credeți că carbonul organic a fost prezent și supus de-a lungul istoriei Pământului. "
Problema este de a pune limite exacte la cât de mult și cât de rapid, a spus ea.
Tim Lyons, profesor de biogeochimie la Universitatea din California Riverside, a fost de acord că conectarea acestui model la cunoscutul record din roci este o provocare. "Una dintre întrebările mele este dacă aceste date pot fi legate de o înregistrare robustă pentru istoria subducției", a spus Lyons.
„Au existat multe mecanisme propuse pentru a provoca GOE; niciunul, de la sine, nu poate re-crea magnitudinea creșterii O2 care se observă din evidență”, a spus Duncan. "A fost o combinație probabilă dintre multe dintre aceste mecanisme, inclusiv subducția, care a permis creșterea nivelurilor de O2 și să fie menținute pentru restul istoriei Pământului."
Studiul a apărut (25 aprilie) în revista Nature Geoscience.
