Yksi edelleen ratkaisematta jääneistä mysteereistä Maan historiassa on, kuinka planeetta hapetettiin ja hengitettiin miljoonia vuosia sitten. Nyt uuden tutkimuksen mukaan syyllinen on saattanut olla jättiläiset kivilaatat, jotka muodostavat Maan ulkokuoren.
Kun nämä ns. Levyt liikkuivat, levytektoniseksi kutsutussa prosessissa, ne olisivat haudanneet hiilirikkaita kuolleiden olentojen jäänteitä muiden levyjen alle, kun ne liukastuivat alla. Maapallon vaipassa, kuoren alla, hiili ei pysty reagoimaan hapen kanssa, jättäen tämän elintärkeän aineosan ilmakehään, tutkijat sanoivat.
Ennen suurta hapettumistapahtumaa planeetan ilmapiiri oli sekoitus typpeä, hiilidioksidia, vesihöyryä ja metaania. Sitten, 2,5 miljardia vuotta sitten, luokka yksisoluisia olentoja alkoi käyttää kyseistä hiilidioksidia ja tuottaa happea jätetuotteena. Happi on kuitenkin erittäin reaktiivinen; reaktiot pintakivien kanssa ja hiilen tihkuminen kuolleiden organismien jäännöksistä kuluttaisivat elementin nopeasti.
Hautaan hiiltä
Teksasin Rice-yliopiston Megan Duncanin ja Rajdeep Dasguptan uudessa tutkimuksessa väitettiin, että kuolleiden olentojen hiili työnnettiin maapallonkuoren alle tai alistettiin muodostamaan grafiitteja ja muinaisia timantteja. Sinänsä, duon mukaan, suurta hapettumistapahtumaa veti osittain "modernin" levytektonian alkaminen, jossa maapallonkuori on jaettu valtaviin levyihin, jotka törmäävät, kilisevät ja liukuvat toistensa päälle ja alle.
Prosessi oli riittävän tehokas, jotta hiilellä ei ollut aikaa reagoida hapen kanssa, joten happi - kaikkien näiden varhaisten olentojen jätetuote - pysyi ilmakehässä ja kertyi lähelle nykyistä tasoa. Tulos: ilmapiiri, joka sopii tuleville hapotilanteille.
"Tämä työ aloitettiin pohtimalla prosesseja, jotka tapahtuvat nykyään subduktioalueilla", Duncan kertoi Live Science: lle. "Ja ihmettelee sitten mitä tapahtui muinaisissa subduktiovyöhykkeissä."
Duncan käytti ilmakehän tietokonemallia, joka osoitti hiilidioksidin ja veden välisen reaktion. Kun nämä kaksi reagoivat, ne tuottavat molekyylin happea (koostuu kahdesta happiatomista) ja formaldehydiä (yhdiste, joka koostuu hiilestä, vedystä ja hapesta). Formaldehydi ei välttämättä ole sitä, mitä elävät olennot tosiasiallisesti tuottavat; se on stand monimutkaisemmille orgaanisille hiiliyhdisteille, Duncan sanoi.
Yleensä tämä reaktio on tasapainoinen; happi kiertää takaisin tuottamaan enemmän hiilidioksidia (CO2) ja vettä, jättäen ilmakehän ilman happea. Siellä levytektoniikka tulee sisään, tutkijat sanoivat. Uuden tutkimuksen mukaan roiskelevyt työnsivät kaiken formaldehydin maan alle, jättäen ilmaan enemmän happea. Samaan aikaan ilman formaldehydiä, joka johtaa "tasapainoista" kemiallista reaktiota, ylimääräistä hiilidioksidia jääisi ilmakehään, mikä auttaisi hiilidioksidin hengittäjiä menestymään ja tuottamaan vielä enemmän happea jätteenä, tutkijat havaitsivat heidän tietokonemallissaan.
Hiilen pitäminen kurissa
Hypoteesin tarkistamiseksi tutkijat käyttivät sekä vanhoja hiilimittauksia muinaisessa kuoressa että laboratoriokokeissa. Esimerkiksi joissain muinaisissa timanteissa on tietty määrä hiiltä-13, hiili-isotooppia, jota löytyy elävien organismien kudoksista. Nämä tiedot osoittivat, että jokin määrä orgaanista hiiltä teki selvästi vaipan (maankuoren alle), tutkijat kertoivat.
Seuraava kysymys oli, pysyykö hiili siellä. Duncan sulatti pala silikaattilasia ja lisäsi siihen grafiittia. Lasi simuloi muinaista kuorta ja grafiitti edusti organismien hiiltä, Duncan sanoi. Sitten hän nosti painetta ja lämpötilaa aloittaen noin 14 800 ilmakehän paineesta ja kasvatti sen arvoon 29 000 ilmakehän (eli noin 435 000 puntaa neliötuumaa kohti). Tulokset osoittivat, että hiili voi liueta kallioon olosuhteissa, jotka todennäköisesti esiintyvät varhaisessa maapallon vaipassa, tutkimuksen mukaan. Tulos osoitti myös, että hiili pysyi todennäköisesti kuoren alla miljoonia vuosia ennen kuin tulivuoret hajottivat sen uudelleen ulos, tutkimus totesi.
Duncan sanoi, että suuren hapettumistapahtuman tarkan mekanismin luominen ei tule olemaan helppoa, Duncan sanoi, ja todennäköisesti se sisälsi useita mekanismeja, ei vain yhtä. Yksi haaste on subduktion alkamisajankohta, hän sanoi.
"Jos modernit levytektoniset prosessit ovat aina olleet toiminnassa, se ei toimi", Duncan sanoi. Muut todistustiedot näyttävät osoittavan, että aikaisessa maapallossa ei ehkä ole alun perin ollut levytektoniikkaa ja että prosessi alkoi myöhemmin, Duncan lisäsi.
"Se riippuu myös siitä, kuinka paljon orgaanista hiiltä poistettiin pinnalta", Duncan kirjoitti sähköpostissa. "Kuinka paljon orgaanista hiiltä tehtiin siitä merenpohjaan (mikä todennäköisesti riippuu muinaisesta valtameren kemiasta). Tiedämme, että se tapahtuu tänään. Voimme mennä ulos ja mitata se. Näemme sen muinaisissa kallioissa ja mahdollisesti timanteissa, joten me uskovat, että orgaanista hiiltä oli läsnä ja heikentynyt koko maapallon historian ajan. "
Ongelmana on asettaa tarkat rajat kuinka paljon ja kuinka nopeasti, hän sanoi.
Kalifornian Riverside-yliopiston biogeokemian professori Tim Lyons oli yhtä mieltä siitä, että tämän mallin yhdistäminen tiedossa olevaan kiviaineistoon on haaste. "Yksi kysymykseni on, voidaanko nämä tiedot liittää vankkoihin ennusteisiin subduktion historiasta", Lyons sanoi.
"GOE: n aiheuttamiseksi on ehdotettu monia mekanismeja; yksikään niistä ei yksinään pysty luomaan ennätysten perusteella havaittua O2: n lisäyksen suuruutta", Duncan sanoi. "Todennäköisesti yhdistelmä monia näistä mekanismeista, mukaan lukien subduktio, salli O2-tasojen nousta ja ylläpitää loppua maapallon historiaa."
Tutkimus ilmestyi (25. huhtikuuta) lehdessä Nature Geoscience.
