Tlen na Ziemi to zasługa wulkanów? Nowa teoria japońskich naukowców

Spis treści:

1. Jak „narodził się” tlen na Ziemi?
2. Wulkaniczna koncepcja na temat początków tlenu
3. Model numeryczny prawdę ci powie

Oddychanie jest dla nas czymś automatycznym i nieustannym. Oddychamy nawet wtedy, gdy nie myślimy, że mamy to robić.

Kluczowym składnikiem życiodajnego powietrza, które wdychamy do płuc, jest tlen. Stanowi jedynie 21 proc. jego mieszanki. Ale nie zawsze tak było. Podczas kilku masowych wymierań w dziejach naszej planety skład mieszanki gazów ulegał dramatycznym zmianom. Około 3 miliardy lat temu tlen prawie w ogóle nie istniał.

Jak „narodził się” tlen na Ziemi?

Do tej pory sugerowano występowanie przed miliardami lat przejściowych epizodów natlenienia atmosfery, znanych jako „podmuchy tlenu” (ang. whiffs of oxygen). Ich natura i przyczyny pozostawały niejasne.

Naukowcy uważali, że te „podmuchy” poprzedzały Wielkie Natlenienie (GOE), czyli pierwsze znaczące zwiększenie się ilości tlenu w atmosferze około 2,5–2,2 miliarda lat temu.

Wulkaniczna koncepcja na temat początków tlenu

Zespół japońskich badaczy z Uniwersytetu Tokijskiego opublikował właśnie artykuł na łamach „Communications Earth & Environment”, w którym przedstawił nową koncepcję na temat pojawienia się tlenu na Ziemi.

W jej myśl to erupcje superwulkanów (w ramach jak to określono „rozległych prowincji magmowych”) mogły przyczynić się do przejściowych epizodów natlenienia, które trwały nawet kilka milionów lat. Do takiego wnioski badacze doszli wykorzystując model biogeochemiczny.

Takie epizody natlenienia mogły otworzyć drzwi dla wzrostu liczby mikroorganizmów zdolnych do przeprowadzania fotosyntezy. Stało się to 2,5 mld lat temu.

– Aktywność mikroorganizmów w oceanie odegrała kluczową rolę w ewolucji tlenu atmosferycznego. Uważamy jednak, że nie doprowadziłoby to natychmiast do natlenienia atmosfery, ponieważ ilość składników odżywczych, takich jak fosforany w oceanie w tamtym czasie była ograniczona, co limitowało aktywność cyjanobakterii – grupy bakterii zdolnych do fotosyntezy – powiedział prof. Eiichi Tajika z Uniwersytetu Tokijskiego, jeden z autorów publikacji.

W jego ocenie potrzebne były intensywne i ogromne w skali zdarzenia geologiczne, aby „zasiać” w oceanach substancje odżywcze. I była nimi aktywność wulkaniczna – tak w każdym razie sugerują naukowcy. Kiedy Ziemia była cieplejsza, skały na lądzie (na kontynentach) zaczynały się łatwiej rozpuszczać pod wpływem wody i powietrza. Kiedy skały się rozpuszczały, do oceanów spływał na przykład fosfor, który był używany przez mikroorganizmy produkujące tlen, czyli fotosyntetyzujące.

Model numeryczny prawdę ci powie

Prof. Tajika i jego zespół wykorzystali model numeryczny do symulacji kluczowych aspektów zmian biologicznych, geologicznych i chemicznych podczas drugiej części epoki archaiku (3,0-2,5 miliarda lat temu).

W ten sposób ustalili, że aktywność wulkaniczna na dużą skalę zwiększyła atmosferyczny dwutlenek węgla, ocieplając tym samym klimat i zwiększając podaż składników odżywczych do oceanu. To przyczyniło się do „odżywienia” morskich organizmów, co z kolei tymczasowo zwiększyło ilość tlenu. Wzrost tlenu nie utrzymywał się jednak na stałym poziomie.

– Zrozumienie tego zjawiska ma kluczowe znaczenie dla określenia czasu pojawienia się mikroorganizmów fotosyntetycznych. O ich występowaniu świadczą stężenia pierwiastków wrażliwych na poziom tlenu atmosferycznego w zapisie geologicznym – dodał Yasuto Watanabe, jeden z autorów publikacji.

Opracowanie takiego modelu numerycznego, który mógłby symulować złożone, dynamiczne zachowanie cykli biogeochemicznych, było sporym wyzwaniem dla japońskiej ekipy.

Źródło: communications earth & environment

Nasz autor

Szymon Zdziebłowski

Dziennikarz naukowy, z wykształcenia archeolog śródziemnomorski. Przez wiele lat był związany z Serwisem Nauka w Polsce PAP. Opublikował m.in. dwa przewodniki turystyczne po Egipcie, a ostatnio – popularnonaukową książkę „Wielka Piramida. Tajemnice cudu starożytności” o największej egipskiej piramidzie.