Ηφαιστειακές εκρήξεις προκάλεσαν τις πρώτες «πνοές» οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης;

Ο Roger Buick το 2004 στο Mount McRae Shale στη Δυτική Αυστραλία. Οι βράχοι που τρυπήθηκαν κοντά εδώ δείχνουν «πνοές» οξυγόνου πριν από το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης, πριν από 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Νέες αναλύσεις δείχνουν μια ελαφρώς προγενέστερη ακίδα του στοιχείου υδραργύρου που εκπέμπεται από τα ηφαίστεια, το οποίο θα μπορούσε να έχει ενισχύσει τους πληθυσμούς μονοκύτταρων οργανισμών για να παράγει μια προσωρινή «πνοή» οξυγόνου. Από Roger Buick/Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον.

Μια  ανάλυση πετρωμάτων ηλικίας 2,5 δισεκατομμυρίων ετών από την Αυστραλία διαπιστώνει ότι οι ηφαιστειακές εκρήξεις μπορεί να έχουν διεγείρει πληθυσμιακές εκρήξεις θαλάσσιων μικροοργανισμών, δημιουργώντας τις πρώτες εισπνοές οξυγόνου στην ατμόσφαιρα. Αυτό θα άλλαζε τις υπάρχουσες ιστορίες της πρώιμης ατμόσφαιρας της Γης, οι οποίες υπέθεταν ότι οι περισσότερες αλλαγές στην πρώιμη ατμόσφαιρα ελέγχονταν από γεωλογικές ή χημικές διεργασίες.

Αν και επικεντρώθηκε στην πρώιμη ιστορία της Γης, η έρευνα έχει επίσης επιπτώσεις στην εξωγήινη ζωή και ακόμη και στην κλιματική αλλαγή. Η μελέτη με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και άλλα ιδρύματα δημοσιεύθηκε τον Αύγουστο στο Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Αυτό που άρχισε να γίνεται προφανές τις τελευταίες δεκαετίες είναι ότι υπάρχει στην πραγματικότητα ένας μεγάλος αριθμός συνδέσεων μεταξύ της στερεάς, μη ζωντανής Γης και της εξέλιξης της ζωής», είπε η πρώτη συγγραφέας Jana Meixnerová , φοιτήτρια διδακτορικού του UW στις επιστήμες της Γης και του Διαστήματος. «Αλλά ποιες είναι οι συγκεκριμένες συνδέσεις που διευκόλυναν την εξέλιξη της ζωής στη Γη όπως την ξέρουμε;»

Στις πρώτες μέρες της, η Γη δεν είχε οξυγόνο στην ατμόσφαιρά της και λίγες, αν καθόλου, μορφές ζωής που αναπνέουν οξυγόνο. Η ατμόσφαιρα της Γης έγινε μόνιμα πλούσια σε οξυγόνο πριν από περίπου 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια, πιθανότατα μετά από μια έκρηξη μορφών ζωής που φωτοσυνθέτουν, μετατρέποντας το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε οξυγόνο.

Αλλά το 2007, ο συν-συγγραφέας Ariel Anbar στο κρατικό πανεπιστήμιο της Αριζόνα ανέλυσε πετρώματα από το Mount McRae Shale στη Δυτική Αυστραλία, αναφέροντας μια βραχυπρόθεσμη μυρωδιά οξυγόνου περίπου 50 έως 100 εκατομμύρια χρόνια πριν γίνει μόνιμο προσάρτημα στην ατμόσφαιρα. Πιο πρόσφατη έρευνα επιβεβαίωσε άλλες, παλαιότερες βραχυπρόθεσμες αιχμές οξυγόνου , αλλά δεν εξήγησε την άνοδο και την πτώση τους.

Στη μελέτη, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, με επικεφαλής τον συν-ανταποκριτή συγγραφέα Joel Blum , ανέλυσαν τους ίδιους αρχαίους βράχους για τη συγκέντρωση και τον αριθμό των νετρονίων στο στοιχείο υδράργυρο, που εκπέμπονται από ηφαιστειακές εκρήξεις. Μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις εκτοξεύουν αέριο υδράργυρο στην ανώτερη ατμόσφαιρα, όπου σήμερα κυκλοφορεί για ένα ή δύο χρόνια πριν πέσει στην επιφάνεια της Γης. Η νέα ανάλυση δείχνει μια ακμή στον υδράργυρο λίγα εκατομμύρια χρόνια πριν από την προσωρινή αύξηση του οξυγόνου.

Αυτοί είναι πυρήνες γεώτρησης βράχων από το όρος McRae Shale στη Δυτική Αυστραλία. Προηγούμενη ανάλυση έδειξε μια «πνοή» ατμοσφαιρικού οξυγόνου πριν από το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης, πριν από 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Νέες αναλύσεις δείχνουν μια ελαφρώς προγενέστερη αύξηση των ορυκτών που παράγονται από ηφαίστεια, τα οποία μπορεί να έχουν γονιμοποιήσει πρώιμες κοινότητες μικροβίων για την παραγωγή οξυγόνου. Από Roger Buick/Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον.

«Σίγουρα, στο βράχο κάτω από την παροδική απότομη άνοδο του οξυγόνου βρήκαμε στοιχεία υδραργύρου, τόσο στην αφθονία όσο και στα ισότοπά του, που λογικά θα εξηγούνταν από τις ηφαιστειακές εκρήξεις στην ατμόσφαιρα», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Roger Buick , καθηγητής UW. των Επιστημών της Γης και του Διαστήματος.

Όπου υπήρχαν ηφαιστειακές εκπομπές, λένε οι συγγραφείς, πρέπει να υπήρχαν πεδία λάβας και ηφαιστειακής τέφρας. Και αυτοί οι πλούσιοι σε θρεπτικά συστατικά βράχοι θα είχαν ξεπεράσει τον άνεμο και τη βροχή, απελευθερώνοντας φώσφορο σε ποτάμια που θα μπορούσαν να γονιμοποιήσουν τις κοντινές παράκτιες περιοχές, επιτρέποντας στα κυανοβακτήρια που παράγουν οξυγόνο και άλλες μονοκύτταρες μορφές ζωής να ανθίσουν.

«Υπάρχουν και άλλα θρεπτικά συστατικά που ρυθμίζουν τη βιολογική δραστηριότητα σε σύντομες χρονικές κλίμακες, αλλά ο φώσφορος είναι αυτός που είναι πιο σημαντικός σε μεγάλες χρονικές κλίμακες», είπε ο Meixnerová.

Σήμερα, ο φώσφορος είναι άφθονος σε βιολογικό υλικό και σε γεωργικά λιπάσματα. Αλλά σε πολύ αρχαίους χρόνους, η διάβρωση των ηφαιστειακών πετρωμάτων θα ήταν η κύρια πηγή για αυτόν τον σπάνιο πόρο.

«Κατά τη διάρκεια της αποσάθρωσης κάτω από την αρχαϊκή ατμόσφαιρα, ο φρέσκος βασαλτικός βράχος θα είχε σιγά-σιγά διαλυθεί, απελευθερώνοντας το βασικό μακρο-θρεπτικό φώσφορο στα ποτάμια. Αυτό θα είχε τροφοδοτήσει μικρόβια που ζούσαν στις ρηχές παράκτιες ζώνες και θα προκαλούσε αυξημένη βιολογική παραγωγικότητα που θα είχε δημιουργήσει, ως υποπροϊόν, μια ακίδα οξυγόνου», είπε ο Meixnerová.

Η ακριβής τοποθεσία αυτών των ηφαιστείων και των πεδίων λάβας είναι άγνωστη, αλλά μεγάλα πεδία λάβας περίπου της κατάλληλης ηλικίας υπάρχουν στη σύγχρονη Ινδία, τον Καναδά και αλλού, είπε ο Buick.

«Η μελέτη μας υποδηλώνει ότι για αυτές τις παροδικές αναθυμιάσεις οξυγόνου, το άμεσο έναυσμα ήταν η αύξηση της παραγωγής οξυγόνου, παρά η μείωση της κατανάλωσης οξυγόνου από βράχους ή άλλες μη ζωντανές διεργασίες», είπε ο Buick. «Είναι σημαντικό γιατί η παρουσία οξυγόνου στην ατμόσφαιρα είναι θεμελιώδης – είναι ο μεγαλύτερος μοχλός για την εξέλιξη μιας μεγάλης, πολύπλοκης ζωής».

Τελικά, οι ερευνητές λένε ότι η μελέτη προτείνει πώς η γεωλογία ενός πλανήτη μπορεί να επηρεάσει οποιαδήποτε ζωή εξελίσσεται στην επιφάνειά του, μια κατανόηση που βοηθά στον εντοπισμό κατοικήσιμων εξωπλανητών ή πλανητών εκτός του ηλιακού μας συστήματος, στην αναζήτηση ζωής στο σύμπαν.

Άλλοι συγγραφείς της εργασίας είναι η συν-ανταποκρίτρια συγγραφέας Eva Stüeken , πρώην μεταπτυχιακή φοιτήτρια αστροβιολογίας του UW τώρα στο Πανεπιστήμιο του St. Andrews στη Σκωτία. Michael Kipp , πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής του UW τώρα στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια. και Marcus Johnson στο Πανεπιστήμιο του Michigan. Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από τη NASA, τη χρηματοδοτούμενη από τη NASA ομάδα Εικονικού Πλανητικού Εργαστηρίου UW και τον καθηγητή MacArthur στον Blum στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα washington.edu

https://www.washington.edu/news/2021/08/25/volcanic-eruptions-may-have-spurred-first-whiffs-of-oxygen-in-earths-atmosphere/#:~:text=August%2025%2C%202021-,Volcanic%20eruptions%20may%20have%20spurred%20first%20'whiffs,of%20oxygen%20in%20Earth's%20atmosphere&text=A%20new%20analysis%20of%202.5,of%20oxygen%20into%20the%20atmosphere.