Miljardeja vuosia sitten maapallon ympäristö oli hyvin erilainen kuin se, jonka tunnemme tänään. Pohjimmiltaan planeettamme ensisijainen ilmapiiri oli tunnetusti myrkyllistä elämälle, koostuen hiilidioksidista, typestä ja muista kaasuista. Paleoproterotsooisella aikakaudella (2,5–1,6 miljardia vuotta sitten) tapahtui kuitenkin dramaattinen muutos, jossa happea alettiin tuoda ilmakehään - tunnetaan nimellä Great Oxidation Event (GOE).
Viime aikoihin saakka tutkijat eivät olleet varmoja siitä, tapahtuiko tämä tapahtuma - joka oli seurausta ilmakehän muuttuvista fotosynteegisistä bakteereista - vai ei. Kansainvälisten tutkijoiden ryhmän äskettäin tekemän tutkimuksen mukaan tämä tapahtuma oli kuitenkin paljon nopeampi kuin aiemmin ajateltiin. Äskettäin löydettyjen geologisten todisteiden perusteella ryhmä päätteli, että hapen kulkeminen ilmakehään oli ”enemmän kuin paloletku” kuin tippu.
Tutkimus, jonka otsikko on ”Kaks miljardia vuotta vanhat haihtumat valloittavat maan suurta hapettumista”, ilmestyi äskettäin lehdessä Science. Princetonin geotieteiden laitoksen tutkijatohtorin Clara Blättlerin johtamassa ryhmässä oli myös jäseniä Sinisen marmorin avaruusinstituutista, Karjalan tiedekeskuksesta, Britannian geologian tutkimuskeskuksesta, Norjan geologian tutkimuskeskuksesta ja useista yliopistoista. .
Lyhyesti sanottuna, suuri hapetustapahtuma alkoi karkeasti 2,45 miljardia vuotta sitten proterotsooisen eonin alussa. Tämän prosessin uskotaan johtuvan syanobakteereista, jotka metaboloivat hitaasti hiilidioksidia (CO2) ja tuottavat happikaasua, joka muodostaa nyt noin 20% ilmakehästämme. Kuitenkin viime aikoihin asti tutkijat eivät kyenneet asettamaan paljoa esteitä tälle ajanjaksolle.
Onneksi Norjan geologian tutkimuskeskuksen geologiryhmä - yhteistyössä Venäjän Petroskoissa sijaitsevan Karjalan tutkimuskeskuksen kanssa - otti äskettäin näytteitä Venäjällä säilyneistä kiteytyneistä suoloista, jotka ovat päivätty tähän ajanjaksoon. Ne uutettiin 1,9 km syvyydestä (1,2 mailin) reikästä Karjalassa Luoteis-Venäjällä, Onega-parametrireiän (OPH) porauspaikasta Onega-järven länsirannoilla.
Nämä suolakiteet, jotka ovat noin 2 miljardia vuotta sitten, olivat muinaisen meriveden haihtumisen tulosta. Näitä näytteitä käyttämällä Blättler ja hänen ryhmänsä pystyivät oppimaan asioita valtamerten koostumuksesta ja ilmakehästä, joka oli maapallolla GOE: n aikaan. Ensinnäkin joukkue totesi sisältävänsä yllättävän suuren määrän sulfaattia, mikä on seurausta meriveden reagoimisesta hapen kanssa.
Kuten Aivo Lepland - Norjan geologian tutkimuskeskuksen tutkija, Tallinnan teknillisen yliopiston geologian asiantuntija ja tutkimuksen vanhempi kirjoittaja - selitti äskettäisessä Princetonin lehdistötiedotteessa:
”Tämä on kaikkien aikojen vahvin näyttö siitä, että muinaisella merivedellä, josta nämä mineraalit saostuivat, oli korkea sulfaattipitoisuus, joka oli vähintään 30 prosenttia nykyisen valtameren sulfaatista, kuten arviomme osoittavat. Tämä on paljon korkeampaa kuin aikaisemmin ajateltiin ja vaatii huomattavaa uudelleentarkastelua Maan 2 miljardia vuotta vanhan ilmakehän ja valtameren järjestelmän happipitoisuuden suuruudesta. "
Ennen tätä tiedemiehet olivat epävarmoja siitä, kuinka kauan ilmakehämme kestää nykyisen typpi- ja happitasapainon saavuttamiseksi, mikä on välttämätöntä elämälle sellaisena kuin me sen tunnemme. Pohjimmiltaan mielipide jaettiin sen välillä, joka tapahtui nopeasti tai tapahtui miljoonien vuosien aikana. Suuri osa tästä johtuu tosiasiasta, että vanhimmat löydetyt kivisuolat ovat päivätty miljardia vuotta sitten.
"Näitä ideoita on ollut vaikea testata, koska meillä ei ollut tuolloin todisteita kertoa ilmakehän koostumuksesta", Blättler sanoi. Tutkiessaan noin 2 miljardin vuoden ikäisiä kivisuoloja tutkijoilla on nyt todisteita, joita he tarvitsevat rajoittaakseen GOE: tä. Löytö oli myös erittäin onnekas, kun otetaan huomioon, että tällaiset kivisuolanäytteet ovat melko hauraita.
Tässä tutkimuksessa käytetyt näytteet sisälsivät halogeenia (joka on kemiallisesti identtinen ruokasuolan tai natriumkloridin kanssa) sekä muita kalsium-, magnesium- ja kaliumsuoloja, jotka liukenevat helposti ajan myötä. Tässä tapauksessa saatu näyte säilyi kuitenkin poikkeuksellisen hyvin syvällä maapallolla. Sellaisenaan he pystyvät tarjoamaan tutkijoille arvokkaita vihjeitä siitä, mitä tapahtui GOE: n aikaan.
Katse eteenpäin, tämä viimeisin tutkimus johtaa todennäköisesti uusiin malleihin, jotka selittävät sen, mitä tapahtui GOE: n jälkeen aiheuttaen happikaasun kerääntymisen ilmakehään. Kuten John Higgins, Princetonin geotieteiden apulaisprofessori, joka antoi geokemiallisen analyysin tulkinnan, selitti:
”Tämä on melko erityinen geologisten esiintymien luokka. On käyty paljon keskustelua siitä, edustaako suuri hapettumistapahtuma, joka on sidottu erilaisten kemiallisten signaalien lisääntymiseen ja vähentymiseen, suuria muutoksia hapentuotannossa vai vain kynnysarvo, joka ylitettiin. Tärkeintä on, että tämä kirja antaa todisteita siitä, että maapallon hapettuminen kyseisenä ajanjaksona sisälsi paljon hapentuotantoa ... Maassa tai valtamereissä tapahtuvissa palautussyklissä voi olla tapahtunut merkittäviä muutoksia tai hapentuotannon lisääntyminen huomattavasti mikrobit, mutta molemmissa tapauksissa se oli paljon dramaattisempaa kuin meillä oli aikaisemmin ymmärrystä. "
Nämä mallit auttavat todennäköisesti myös aurinkokunnan ulkopuolella olevan elämän metsästyksessä. Ymmärtämällä, mitä tapahtui omalla planeetallamme miljardeja vuosia sitten tehdäksemme siitä elämälle sopivan, pystymme havaitsemaan nämä samat olosuhteet ja prosessit muilla planeetoilla.
