A Föld legrégebbi ismert kőzeteit elemző tudósok először fedeztek fel módot a geológiai feljegyzésekből a bolygó korai légkörében zajló oxigén- és ózonfejlődés részleteinek helyreállítására – két kulcsfontosságú összetevő, amely lehetővé tette, rögzítette a földi élet terjeszkedését.
A Science augusztus 4-i számában a San Diego-i Kaliforniai Egyetem kémikusai arról számoltak be, hogy a 3 éves prekambriumi üledékes kőzetekre vonatkozó elemzésük szerint.8 milliárd év „mélyreható változást” tár fel a ként és oxigénnel zajló kémiai reakciókban a légkörben, amely 2,1 milliárd évvel ezelőtt kezdődik és 2,5 milliárd évvel ezelőttig tart, amely időszak alatt a légkör oxigénszintje meredeken emelkedett.
„Amit találtunk, az egy geokémiai mutató, amely a légkörből származik, és egyértelműen globális aláírás” – mondja James Farquhar, a UCSD posztdoktori ösztöndíjasa és a tanulmány első szerzője. "A 2 milliárd évnél régebbi mintákban jelenik meg, de a legkifejezettebb a 2,5 milliárd évesnél régebbi mintákban."
"Ez az első alkalom, hogy bárki láthatta az ősi légkör oxigéntartalmát" - mondja Mark Thiemens, a kémia professzora és az UCSD Fizikai Tudományok Osztályának dékánja, aki a tanulmányt vezette. az UCSD posztdoktori ösztöndíjasa, Huiming Bao. "Most már tudjuk, hogy nyomon követhető az oxigén és az ózon evolúciója a Földön, amelyek egybeesnek az élet fejlődésével és a bolygó azon körülményeinek kialakulásával, amelyek a légkör jelentős változásához vezettek 2.2 milliárd évvel ezelőtt."
A geológusok a 2,2 milliárd éves kőzetek sávos vasképződményei alapján tudják, hogy akkoriban jelentős mennyiségű oxigén volt jelen – legalábbis elég ahhoz, hogy a kőzetekben lévő vas oxidálódjon egy rozsdásodáshoz hasonló folyamat során. Az oxigén egy részét feltehetően fotoszintetikus cianobaktériumok termelték, amelyek létezéséről 3,5 milliárd évvel ezelőtt tudtak, és egy része a vízmolekulák oxigénre és hidrogénre történő kémiai szétválásából származik.
De a tudósoknak mindeddig nem volt módjuk megvizsgálni, hogy az egyes folyamatok milyen arányban járulhattak hozzá ehhez az éles oxigénemelkedéshez és a Föld ózonrétegének kialakulásához, amely lehetővé tette a földi élet terjeszkedését azáltal, hogy megvédte a szervezeteket az ultraibolya sugárzás káros hatásai.
"A sávos vasképződmények azt mondják, hogy a Földnek akkoriban jelentős mennyiségű oxigénnek kellett lennie" - mondja Thiemens. "De nem tudod, mennyi és honnan jött. Mivel a kövületek feljegyzései nagyon foltosak, a legkorábbi ismert kőzetektől, 3,9 milliárd évvel ezelőttig és 2,2 milliárd évvel ezelőttig terjedő időszak a légkörről és az életről szóló tudás fekete lyukát jelenti. Ezzel a módszerrel nyomon követhető a légkör oxigéntartalma, és ami még fontosabb, a legkorábbi kőzetek ózontartalma.
"Az UCSD tudósai által az ősi légkör oxigénjének nyomon követésére kifejlesztett technika magában foglalja a kőzetekben a felismerhető jelek felismerését, amelyek a légkörben zajló kémiai folyamatokból származnak – jelen esetben a kéntartalmú gázok oxidációjából. a kén négy leggyakoribb izotópjában vagy formájában, amelyek a kőzetekben lévő szulfid- és szulfátásványokba épültek be, a tudósok arra a következtetésre jutottak, hogy a 2,45 milliárd évvel ezelőtti légkörben korlátozott volt a szabad oxigén mennyisége, és ez volt a fő színtere a kémiai reakcióknak. Ez ellentétben áll a mai környezettel, ahol a légkörben lényegesen több a szabad oxigén, és ahol a ként lejátszódó kémiai reakciókat földi folyamatok uralják – különösen a kontinentális oxidatív mállás és a szulfátok mikrobák általi redukciója.
A tudósok évtizedek óta azt feltételezték, hogy az UCSD kutatói által az ősi légkörben zajló folyamatok következtetésére használt izotópvariációk csak meteoritokban és más földönkívüli forrásokban találhatók meg, és a csillagok nukleoszintézisének egyedülálló melléktermékei. A Nature július 13-i számában megjelent legújabb tanulmányukban azonban a tudósok kimutatták, hogy jelenlétük a 20 millió éves vulkáni hamu- és 10 millió éves gipszlerakódásokban a Föld légkörében zajló kémiai folyamatokat tükrözi. Az UCSD csapatának legújabb felfedezése az ablakot az ősi légkörbe tolja vissza a bolygó történetének egy kritikus időszakába – amikor az oxigén és az ózon felhalmozódott a légkörben, és az első földi életformák terjeszkedtek.
„Ez egy új felfedezés” – mondja Robert N. Clayton, a Chicagói Egyetem kémia és geofizikai tudományok professzora. "Senki nem látott még ilyet. Ez egy másik fogantyú az ősi légköri kémiához. Biztosan fontos lesz."
Amellett, hogy javítja az ősi légkörrel kapcsolatos ismereteket, az UCSD megállapítása hatással van a jövőbeni hosszú távú légköri események, például a globális felmelegedés jobb megértésére is.
„Mindig hallani azt az érvet, hogy „A globális felmelegedés nem egy természetes ciklus része?” – mondja Thiemens. "A kérdés megválaszolásához valóban nagyszabású rekordot szeretne. Ez megadja nekünk. Valóban meg kell értenünk a múltat, hogy megértsük a jelent és a jövőt."
A tanulmányt a National Aeronautics and Space Administration és a National Science Foundation finanszírozta.
