Miliardy lat temu środowisko Ziemi bardzo różniło się od tego, które znamy dzisiaj. Zasadniczo pierwotna atmosfera naszej planety była toksyczna dla życia, jakie znamy, składająca się z dwutlenku węgla, azotu i innych gazów. Jednak w erze paleoproterozoicznej (2,5–1,6 miliarda lat temu) nastąpiła dramatyczna zmiana, gdy tlen zaczął być wprowadzany do atmosfery - znany jako Great Oxidation Event (GOE).
Do niedawna naukowcy nie byli pewni, czy to wydarzenie - które było wynikiem bakterii fotosyntetycznych zmieniających atmosferę - nastąpiło szybko, czy nie. Jednak według najnowszych badań przeprowadzonych przez zespół międzynarodowych naukowców wydarzenie to było znacznie szybsze niż wcześniej sądzono. Na podstawie nowo odkrytych dowodów geologicznych zespół stwierdził, że wprowadzenie tlenu do naszej atmosfery było „bardziej jak wąż strażacki” niż strużka.
Badanie, zatytułowane „Dwumiliardowe odparowania wychwytują wielkie utlenienie Ziemi”, niedawno ukazało się w czasopiśmie Nauka. Zespół kierowany przez Clarę Blättler, doktora habilitowanego na Wydziale Nauk o Ziemi w Princeton, w skład zespołu wchodzili również członkowie z Blue Marble Space Institute of Science, Karelian Science Center, British Geological Survey, Geological Survey of Norway i wielu uniwersytetów .
Krótko mówiąc, wielkie wydarzenie tlenowe rozpoczęło się około 2,45 miliarda lat temu na początku eonu proterozoicznego. Uważa się, że proces ten był wynikiem powoli cyjanobakterii powoli metabolizujących dwutlenek węgla (CO2) i wytwarzających gazowy tlen, który obecnie stanowi około 20% naszej atmosfery. Jednak do niedawna naukowcy nie byli w stanie nałożyć zbyt dużego ograniczenia na ten okres.
Na szczęście zespół geologów z Geological Survey of Norway - we współpracy z Karelian Research Center w Petrozavodsk w Rosji - niedawno odzyskał próbki zakonserwowanych skrystalizowanych soli z Rosji z tego okresu. Wydobyto je z dołka o głębokości 1,9 km w Karelii w północno-zachodniej Rosji, z wiercenia Onega Parametric Hole (OPH) na zachodnim brzegu jeziora Onega.
Te kryształy soli, które istnieją około 2 miliardy lat temu, były wynikiem odparowania starożytnej wody morskiej. Korzystając z tych próbek, Blättler i jej zespół mogli dowiedzieć się czegoś o składzie oceanów i atmosferze, która istniała na Ziemi w czasach GOE. Na początek zespół ustalił, że zawiera zaskakująco dużą ilość siarczanu, który jest wynikiem reakcji wody morskiej z tlenem.
Jak wyjaśnił Aivo Lepland - badacz z Geological Survey of Norway, specjalista ds. Geologii z Politechniki Tallińskiej i starszy autor badania - w najnowszym komunikacie prasowym Princeton:
„To najsilniejszy jak dotąd dowód na to, że starożytna woda morska, z której wytrącały się te minerały, miała wysokie stężenie siarczanów sięgające co najmniej 30 procent dzisiejszego siarczanu oceanicznego, jak wskazują nasze szacunki. Jest to znacznie więcej niż wcześniej sądzono i wymagać będzie znacznego przemyślenia wielkości natlenienia 2-letniego ziemskiego układu atmosferyczno-oceanicznego ”.
Wcześniej naukowcy nie byli pewni, ile czasu zajęło naszej atmosferze osiągnięcie obecnej równowagi azotu i tlenu, która jest niezbędna dla życia, jakie znamy. Zasadniczo opinia była podzielona między to, że stało się to szybko, lub wydarzyło się przez miliony lat. Wiele z tego wynika z faktu, że najstarsze odkryte sole kamienne datowane są na miliard lat temu.
„Trudno było przetestować te pomysły, ponieważ nie mieliśmy dowodów z tamtej epoki, aby powiedzieć nam o składzie atmosfery” - powiedział Blättler. Jednak odkrywając sole kamienne, które mają około 2 miliardy lat, naukowcy mają teraz dowody, że potrzebują nałożyć ograniczenia na GOE. Odkrycie było również bardzo szczęśliwe, biorąc pod uwagę, że takie próbki soli kamiennych są raczej kruche.
Próbki użyte do tego badania zawierały halit (który jest chemicznie identyczny z solą stołową lub chlorkiem sodu), a także inne sole wapnia, magnezu i potasu - które łatwo rozpuszczają się w czasie. Jednak próbka uzyskana w tym przypadku była wyjątkowo dobrze zachowana głęboko w ziemi. Jako takie są w stanie dostarczyć naukowcom nieocenionych wskazówek co do tego, co wydarzyło się w czasach GOE.
Patrząc w przyszłość, najnowsze badania prawdopodobnie doprowadzą do nowych modeli, które wyjaśniają, co stało się po GOE, powodując gromadzenie się tlenu w atmosferze. Jak wyjaśnił John Higgins, asystent profesora geologii w Princeton, który przedstawił interpretację analizy geochemicznej:
„To dość wyjątkowa klasa złóż geologicznych. Odbyło się wiele dyskusji na temat tego, czy Wielkie Wydarzenie Utleniania, które wiąże się ze wzrostem i spadkiem różnych sygnałów chemicznych, stanowi dużą zmianę w produkcji tlenu, czy tylko przekroczony próg. Najważniejsze jest to, że ten dokument dostarcza dowodów na to, że dotlenienie Ziemi w tym okresie wiązało się z dużą produkcją tlenu… Mogły nastąpić ważne zmiany w cyklach sprzężenia zwrotnego na lądzie lub w oceanach lub duży wzrost produkcji tlenu przez drobnoustroje, ale tak czy inaczej było to o wiele bardziej dramatyczne niż wcześniej. ”
Modele te mogą również pomóc w polowaniu na życie poza naszym Układem Słonecznym. Rozumiejąc, co wydarzyło się na naszej planecie miliardy lat temu, aby była odpowiednia dla życia, będziemy w stanie dostrzec te same warunki i procesy na innych planetach.
