Πολύπλοκες διεργασίες διαμόρφωσαν τα επίπεδα οξυγόνου στην αρχαία Γη

Το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης αναφέρεται στη μετάβαση από το ήπιας μείωσης της Αρχαϊκής ατμόσφαιρας-ωκεάνιου συστήματος στην οξυγονωμένη ατμόσφαιρα και τους ρηχούς ωκεανούς του πρώιμου Παλαιοπρωτεροζωικού. Από Hadeano.

Εμείς σήμερα θεωρούμε το οξυγόνο δεδομένο στον πλανήτη μας, όμως στην αρχαία Γη για να επικρατήσει η κατάσταση που τελικά οδήγησε στον σημερινό κόσμο δεν ήταν τόσο εύκολη όσο νομίζουμε και διήρκεσε τουλάχιστον 200 εκατομμύρια χρόνια.

Πριν από περίπου 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια, το ελεύθερο οξυγόνο άρχισε για πρώτη φορά να συσσωρεύεται σε σημαντικά επίπεδα στην ατμόσφαιρα της Γης, θέτοντας το υπόβαθρο για την άνοδο της πολύπλοκης ζωής. Οι επιστήμονες αναφέρονται σε αυτό το φαινόμενο ως το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης . Όμως, σύμφωνα με νέα έρευνα με επικεφαλής τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Γιούτα, η αρχική συσσώρευση οξυγόνου στη Γη δεν ήταν τόσο απλή όσο υποδηλώνει αυτό το παρατσούκλι.

«Τα αναδυόμενα δεδομένα υποδεικνύουν ότι η αρχική άνοδος του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης ήταν δυναμική, εκτυλισσόμενη σε ενάρξεις μέχρι  2.2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν», είπε ο Δρ Chadlin Ostrander, ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα.

«Τα δεδομένα μας επικυρώνουν αυτή την υπόθεση, προχωρώντας ακόμη και ένα βήμα παραπέρα επεκτείνοντας αυτή τη δυναμική στον ωκεανό».

Αναλύοντας σταθερές αναλογίες ισοτόπων θαλλίου και ευαίσθητα στην οξειδοαναγωγή στοιχεία, ο Δρ Ostrander και οι συνεργάτες του αποκάλυψαν στοιχεία διακυμάνσεων στα επίπεδα οξυγόνου στη θάλασσα που συνέπεσαν με αλλαγές στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο.

Τα ευρήματα βοηθούν στην κατανόηση των πολύπλοκων διεργασιών που διαμόρφωσαν τα επίπεδα οξυγόνου της Γης κατά τη διάρκεια μιας κρίσιμης περιόδου στην ιστορία του πλανήτη που άνοιξε το δρόμο για την εξέλιξη της ζωής όπως τη γνωρίζουμε.

«Πραγματικά δεν ξέρουμε τι συνέβαινε στους ωκεανούς, όπου πιθανότατα προήλθαν και εξελίχθηκαν οι πρώτες μορφές ζωής της Γης», είπε ο Δρ Οστράντερ.

«Έτσι, η γνώση της περιεκτικότητας σε οξυγόνο των ωκεανών και του τρόπου με τον οποίο εξελίχθηκε με τον χρόνο είναι πιθανώς πιο σημαντική για την πρώιμη ζωή από την ατμόσφαιρα».

Το 2021, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το οξυγόνο δεν έγινε μόνιμο μέρος της ατμόσφαιρας παρά μόνο 200 εκατομμύρια χρόνια μετά την έναρξη της παγκόσμιας διαδικασίας οξυγόνωσης, πολύ αργότερα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.

Η απόδειξη μιας ανοξικής ατμόσφαιρας είναι η παρουσία σπάνιων, ανεξάρτητων από μάζα υπογραφών ισοτόπων θείου σε ιζηματογενή αρχεία πριν από το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης.

Πολύ λίγες διεργασίες στη Γη μπορούν να δημιουργήσουν αυτές τις υπογραφές ισοτόπων θείου, και από ό,τι είναι γνωστό η διατήρησή τους στο αρχείο βράχου σχεδόν σίγουρα απαιτεί απουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου.

Για το πρώτο μισό της ύπαρξης της Γης, η ατμόσφαιρα και οι ωκεανοί της στερούνταν σε μεγάλο βαθμό οξυγόνου. Αυτό το αέριο παρήχθη από κυανοβακτήρια στον ωκεανό πριν από το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης, φαίνεται, αλλά αυτές τις πρώτες μέρες το οξυγόνο καταστράφηκε γρήγορα σε αντιδράσεις με εκτεθειμένα ορυκτά και ηφαιστειακά αέρια.

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι σπάνιες υπογραφές ισοτόπων θείου εξαφανίζονται, αλλά στη συνέχεια επανεμφανίζονται, υποδηλώνοντας ότι ανεβαίνει και πέφτει το οξυγόνο στην ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Γεγονότος Οξείδωσης. Αυτό δεν ήταν ένα μόνο «γεγονός».

«Η Γη δεν ήταν έτοιμη να οξυγονωθεί όταν αρχίσει να παράγεται οξυγόνο. Η Γη χρειαζόταν χρόνο για να εξελιχθεί βιολογικά, γεωλογικά και χημικά για να ευνοήσει την οξυγόνωση», είπε ο Δρ Ostrander.

«Είναι σαν ένα τρεμόπαιγμα. Έχετε παραγωγή οξυγόνου, αλλά έχετε τόση καταστροφή οξυγόνου, δεν συμβαίνει τίποτα».

«Ακόμα προσπαθούμε να καταλάβουμε πότε είχε ανατραπεί εντελώς η ζυγαριά και γιατί η Γη δεν θα μπορούσε να πάει πίσω σε μια ανοξική ατμόσφαιρα».

Για να χαρτογραφήσουν τα επίπεδα οξυγόνου στον ωκεανό κατά τη διάρκεια του Great Oxidation Event, οι συγγραφείς βασίστηκαν στην τεχνογνωσία τους με σταθερά ισότοπα θαλλίου.

Οι αναλογίες ισοτόπων θαλλίου είναι ευαίσθητες στην ταφή του οξειδίου του μαγγανίου στον πυθμένα της θάλασσας, μια διαδικασία που απαιτεί οξυγόνο στο θαλασσινό νερό.

Η ομάδα εξέτασε ισότοπα θαλλίου στους ίδιους θαλάσσιους σχιστόλιθους που πρόσφατα αποδείχθηκε ότι παρακολουθούν τις διακυμάνσεις του ατμοσφαιρικού οξυγόνου κατά τη διάρκεια του Μεγάλου Γεγονότος Οξείδωσης με σπάνια ισότοπα θείου.

Στους σχιστόλιθους, οι ερευνητές βρήκαν αξιοσημείωτους εμπλουτισμούς στο ισότοπο θάλλιο-203 ελαφρύτερης μάζας, ένα μοτίβο που εξηγείται καλύτερα από την ταφή οξειδίου του μαγγανίου στον πυθμένα της θάλασσας και ως εκ τούτου τη συσσώρευση οξυγόνου στο θαλασσινό νερό.

Αυτοί οι εμπλουτισμοί βρέθηκαν στα ίδια δείγματα που δεν είχαν τις σπάνιες υπογραφές ισοτόπων θείου, και ως εκ τούτου όταν η ατμόσφαιρα δεν ήταν πλέον ανοξική. Και εξαφανίζονται όταν οι σπάνιες υπογραφές ισοτόπων θείου επιστρέφουν.

Αυτά τα ευρήματα επιβεβαιώθηκαν από εμπλουτισμούς στοιχείων που είναι ευαίσθητα στην οξειδοαναγωγή, ένα πιο κλασικό εργαλείο για την παρακολούθηση των αλλαγών στο αρχαίο οξυγόνο.

«Όταν τα ισότοπα θείου λένε ότι η ατμόσφαιρα οξυγονώθηκε, τα ισότοπα θαλλίου λένε ότι οι ωκεανοί οξυγονώθηκαν», είπε ο Δρ Ostrander.

«Και όταν τα ισότοπα θείου λένε ότι η ατμόσφαιρα επέστρεψε ξανά σε ανοξική, τα ισότοπα θαλλίου λένε το ίδιο για τον ωκεανό».

«Έτσι η ατμόσφαιρα και ο ωκεανός οξυγονώνονταν και αποοξυγονώνονταν μαζί. Αυτές είναι νέες και ενδιαφέρουσες πληροφορίες για όσους ενδιαφέρονται για την αρχαία Γη.»

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα sci.news

https://www.sci.news/othersciences/geoscience/great-oxidation-event-13012.html

https://www.luckysci.com/2014/09/easy-science-the-great-oxygenation-event/