Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο συνδέεται με την τεκτονική των πλακών ;

Άποψη της ατμόσφαιρας της Γης , λήφθηκε από το Διεθνή Διαστημικό Σταθμό το 2003. Πηγή- ISS Expedition ,NASA

Οι επιστήμονες της Γης από το Πανεπιστήμιο Rice, το Πανεπιστήμιο Yale και το Πανεπιστήμιο του Τόκιο προσφέρουν μια νέα απάντηση στο μακροχρόνιο ζήτημα του πώς ο πλανήτης μας απέκτησε την ατμόσφαιρα με το οξυγόνο.

Με βάση ένα νέο μοντέλο που αντλεί δεδομένα από την έρευνα σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της Πετρολογίας, Γεωδυναμικής, Ηφαιστειολογίας και της Γεωχημείας, τα ευρήματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Nature Geoscience.Το νέο μοντέλο δείχνει ότι η άνοδος του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης ήταν μια αναπόφευκτη συνέπεια του σχηματισμού των ηπείρων με την παρουσία της ζωής και της τεκτονικής των πλακών. "Είναι πραγματικά μια πολύ απλή ιδέα, αλλά η πλήρη κατανόηση απαιτεί ένα καλό κομμάτι από το παρελθόν για το πώς λειτουργεί Γη ", είπε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Cin-Ty Lee, καθηγητής της επιστήμης της Γης στο Rice. "Για να αντιληφθούμε καλύτερα την διαδικασία ας προσεγγίσουμε την διαρροή της μπανιέρας. Το επίπεδο του νερού σε μια μπανιέρα ελέγχεται από το ρυθμό του νερού που ρέει μέσα από τη βρύση και την αποτελεσματικότητα της διαρροής του. Φυτά και ορισμένα είδη από βακτήρια παράγουν  το οξυγόνο ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης και η παραγωγή οξυγόνου γίνεται με βάση το «νεροχύτη»: Η αντίδραση του οξυγόνου με σίδηρο και θείο στο φλοιό της Γης και με αντίστροφη αντίδραση με οργανικό άνθρακα γίνεται για παράδειγμα, όπως εμείς αναπνέουμε οξυγόνο και εκπνέουμε διοξείδιο του άνθρακα, ουσιαστικά αφαιρούμε το οξυγόνο από την ατμόσφαιρα, με λίγα λόγια, η ιστορία του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα μας έρχεται από την κατανόηση των πηγών και των διαρροών, αλλά η αφήγηση 3 δισεκατομμυρίων ετών του πώς αυτή η πραγματικότητα ξεδιπλώνεται είναι πιο περίπλοκη. "

Οι ερευνητές βασιζόμενοι σε ένα νέο μοντέλο που δείχνει πώς το οξυγόνο της ατμόσφαιρας προστέθηκε στην ατμόσφαιρα της Γης κατέληξαν σε δύο βασικές περιόδους: Μία περίπου 2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν και μία άλλη  περίπου 600 εκατομμύρια χρόνια πριν από σήμερα, όταν περίπου το 20 % της ατμόσφαιρας της Γης ήταν ελεύθερο , μοριακό οξυγόνο ή O2. Το ελεύθερο οξυγόνο δεν δεσμεύεται σε ένα άλλο στοιχείο, όπως παρατηρείται με τα άτομα οξυγόνου σε άλλα ατμοσφαιρικά αέρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το διοξείδιο του θείου. Για ένα μεγάλο μέρος της ιστορίας των 4,5 δισεκατομμυρίων ετών της Γης, ​​ελεύθερο οξυγόνο υπήρχε, αλλά ήταν ανύπαρκτο στην ατμόσφαιρα. "Δεν έλειπε, επειδή είναι σπάνιο", είπε ο Lee. "Το οξυγόνο είναι πράγματι ένα από τα πιο άφθονα στοιχεία σε βραχώδεις πλανήτες όπως τον Άρη, την Αφροδίτη και τη Γη. Ωστόσο, είναι ένα από τα πιο χημικά αντιδραστικά στοιχεία. Σχηματίζει ισχυρούς χημικούς δεσμούς με πολλά άλλα στοιχεία, και ως αποτέλεσμα, αυτό τείνει να παραμένει κλειδωμένο σε οξείδια που είναι πάντα εγκλωβισμένα στα έγκατα του πλανήτη - με τη μορφή των βράχων με αυτή την έννοια, η Γη δεν αποτελεί εξαίρεση με τους άλλους πλανήτες. Το σύνολο σχεδόν του οξυγόνου της Γης παραμένει κλειδωμένο μακριά στο βαθύ βραχώδες εσωτερικό του . "  

Ο Lee και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι περίπου 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, η σύνθεση του ηπειρωτικού φλοιού της Γης άλλαξε ριζικά. Η περίοδος, η οποία συνέπεσε με την πρώτη αύξηση στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο, χαρακτηρίστηκε επίσης από την εμφάνιση άφθονου ενός ορυκτού γνωστού ως ζιρκόνιο, το οποίο κρυσταλλώνεται από το λιωμένο βράχο με ειδικές συνθέσεις, και η εμφάνισή του σηματοδοτεί μια ριζική αλλαγή από ηφαιστειότητα με φτωχό διοξείδιο του πυριτίου- σε μία ηφαιστειακή κατάσταση πλούσια σε πυρίτιο. Το ενδιαφέρον για την σύνθεση της ατμόσφαιρας είναι ότι τα πετρώματα πλούσια σε πυρίτιο έχουν πολύ λιγότερο σίδηρο και θείο από βράχους με φτωχό πυρίτιο , και ο σίδηρος και το θείο αντιδρούν με το οξυγόνο και σχηματίζουν  ένα «νεροχύτη» για το οξυγόνο. "με βάση αυτό, πιστεύουμε ότι η πρώτη αύξηση σε οξυγόνο μπορεί να οφείλεται στη σημαντική μείωση της αποτελεσματικότητας του «νεροχύτη» σε οξυγόνο", δήλωσε ο Lee ενώ  η μελέτη δείχνει ότι η δεύτερη αύξηση στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο σχετίζεται με μεταβολή στην παραγωγή - ανάλογη με το δυνάμωμα της ροής από τη βρύση . "Η ιδέα της μπανιέρας είναι απλή και προσιτή, αλλά υπάρχει μια πρόσθετη περιπλοκή που πρέπει να ληφθεί υπόψη ", είπε και αυτό συμβαίνει επειδή η παραγωγή του οξυγόνου είναι τελικά συνδεδεμένη με το παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα - μεταξύ της γης, της βιόσφαιρας, της ατμόσφαιρας και των ωκεανών. " είπε ο Lee .Το μοντέλο έδειξε ότι ο κύκλος του άνθρακα της Γης δεν ήταν ποτέ σε μια σταθερή κατάσταση, επειδή ο άνθρακας διαρρέει αργά έξω, όπως το διοξείδιο του άνθρακα από το βαθύ εσωτερικό της Γης στην επιφάνεια μέσα από την ηφαιστειακή δραστηριότητα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα από τα βασικά συστατικά για τη φωτοσύνθεση. "Από καιρό, γεωλογικές χρονικές κλίμακες, προτείνουν ότι ο άνθρακας αφαιρείται από την ατμόσφαιρα με την παραγωγή των συμπυκνωμένων μορφών άνθρακα, όπως οργανικός άνθρακας και τα ανόργανα συστατικά που ονομάζονται ανθρακικά", είπε. "Για το περισσότερο μέρος της ιστορίας της Γης, ​​το μεγαλύτερο μέρος αυτού του άνθρακα έχει αποτεθεί όχι στο βαθύ ωκεανό, αλλά μάλλον στο περιθώριο των ηπείρων. Οι επιπτώσεις είναι τόσο βαθιές, διότι ο άνθρακας που εναποτίθεται στις ηπείρους δεν επιστρέφει στο βαθύ εσωτερικό της Γης. Αντ 'αυτού, ενισχύει τις εισροές άνθρακα στην ατμόσφαιρα, όταν οι ήπειροι διαταράσσονται στη συνέχεια από ηφαιστειακή δραστηριότητα. " δήλωσε ο  Lee.Το μοντέλο της ομάδας έδειξε ότι η ηφαιστειακή δραστηριότητα και άλλες γεωλογικές εκπομπές του άνθρακα στην ατμόσφαιρα μπορεί να έχουν αυξηθεί με το χρόνο, και επειδή η παραγωγή του οξυγόνου είναι συνδεδεμένη με την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα, η παραγωγή οξυγόνου και αυτή πρέπει να έχει αυξηθεί. Το μοντέλο έδειξε ότι η δεύτερη αύξηση στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο έπρεπε να έχει συμβεί αργά στην ιστορία της Γης, αλλά αυτό που είναι σαφές είναι ότι ο σχηματισμός του ηπειρωτικού φλοιού οδηγεί φυσικά σε δύο αυξήσεις στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο, ακριβώς όπως βλέπουμε στο αρχείο των απολιθωμάτων, "είπε ο Lee. 

Ακριβώς τι προκάλεσε στη σύνθεση του φλοιού να αλλάξει κατά τη διάρκεια της πρώτης εκδήλωσης οξυγόνωσης παραμένει ένα μυστήριο, αλλά οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να έχει σχέση με την έναρξη των τεκτονικών πλακών, όπου η επιφάνεια της Γης, για πρώτη φορά, κινήθηκε αρκετά  για να βυθιστεί πίσω στο βαθύ εσωτερικό της Γης. Το νέο μοντέλο της ομάδας δεν είναι χωρίς διαμάχη. Για παράδειγμα, το μοντέλο προβλέπει ότι η παραγωγή του διοξειδίου του άνθρακα πρέπει να αυξάνεται με το χρόνο, ένα εύρημα που έρχεται σε αντίθεση με τη συμβατική σκέψη ότι οι ροές του άνθρακα και τα ατμοσφαιρικά επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα μειώθηκαν σταθερά κατά τα τελευταία 4 δις χρόνια. "Η αλλαγή στη ροή που περιγράφεται από το νέο μοντέλο συμβαίνει κατά τη διάρκεια πολύ μεγάλων χρονικών περιόδων, και θα ήταν λάθος να πιστεύουμε ότι αυτές οι διαδικασίες που επιφέρουν τις ατμοσφαιρικές αλλαγές οφείλονται σε ανθρωπόμορφα αίτια κλιματικής αλλαγής", είπε. "

Ωστόσο, το έργο μας δεν δείχνει ότι οι γεωεπιστήμονες και οι αστροβιολόγοι  μπορεί να χρειαστεί να επανεξετάσουν ό, τι νομίζουμε ότι γνωρίζουμε για την πρώιμη ιστορία της Γης.

​

Γεωδίφης

 Πηγή-Πανεπιστήμιο Rice