Erupcje wulkanów mogły wywołać pierwsze „podmuchy” tlenu w ziemskiej atmosferze

Erupcje wulkanów mogły wywołać pierwsze „podmuchy” tlenu w ziemskiej atmosferze

Nowa analiza skał z Australii sprzed 2,5 miliarda lat wykazała, że ​​erupcje wulkanów mogły stymulować wzrost populacji mikroorganizmów morskich, tworząc pierwsze obłoki tlenu do atmosfery. Zmieniłoby to istniejące historie o wczesnej atmosferze Ziemi, które zakładały, że większość zmian we wczesnej atmosferze była kontrolowana przez procesy geologiczne lub chemiczne. Choć skupiają się na wczesnej historii Ziemi, badania mają również wpływ na życie pozaziemskie, a nawet zmiany klimatyczne. Badanie prowadzone przez University of Washington, University of Michigan i inne instytucje zostało opublikowane w sierpniu w Proceedings of the National Academy of Sciences. „W ciągu ostatnich kilku dekad stało się oczywiste, że w rzeczywistości istnieje wiele powiązań między stałą, nieożywioną Ziemią a ewolucją życia” – powiedziała pierwsza autorka Jana Meixnerová, doktorantka nauk o Ziemi i kosmosie na UW. „Ale jakie są konkretne powiązania, które ułatwiły ewolucję życia na Ziemi, jaką znamy?” W swoich najwcześniejszych dniach Ziemia nie miała tlenu w swojej atmosferze i niewiele, jeśli w ogóle, form życia oddychających tlenem. Atmosfera ziemska stała się trwale bogata w tlen około 2,4 miliarda lat temu, prawdopodobnie po eksplozji form życia, które fotosyntetyzują, przekształcając dwutlenek węgla i wodę w tlen. Jednak w 2007 roku współautor Ariel Anbar z Arizona State University przeanalizował skały z Mount McRae Shale w Australii Zachodniej, odnotowując krótkotrwały powiew tlenu około 50 do 100 milionów lat, zanim stał się on stałym elementem atmosfery. Nowsze badania potwierdziły inne, wcześniejsze, krótkotrwałe skoki tlenu, ale nie wyjaśniły ich wzrostu i spadku. W nowym badaniu naukowcy z University of Michigan, kierowani przez współkorespondenta Joela Bluma, przeanalizowali te same starożytne skały pod kątem koncentracji i liczby neutronów w pierwiastku rtęci, emitowanym przez erupcje wulkaniczne. Wielkie erupcje wulkaniczne wyrzucają gaz rtęciowy do górnych warstw atmosfery, gdzie dziś krąży przez rok lub dwa, zanim opadnie na powierzchnię Ziemi. Nowa analiza pokazuje skok rtęci na kilka milionów lat przed tymczasowym wzrostem tlenu. „Oczywiście, w skale poniżej przejściowego skoku tlenu znaleźliśmy dowody na obecność rtęci, zarówno w jej obfitości, jak i w jej izotopach, które najrozsądniej można by wytłumaczyć erupcjami wulkanów do atmosfery” – powiedział współautor Roger Buick, profesor UW. Nauk o Ziemi i Kosmosie. Autorzy argumentują, że tam, gdzie były emisje wulkaniczne, musiały być pola lawy i popiołu wulkanicznego. A te bogate w składniki odżywcze skały uległyby wietrzeniu przez wiatr i deszcz, uwalniając fosfor do rzek, które mogłyby nawozić pobliskie obszary przybrzeżne, umożliwiając rozkwit cyjanobakterii i innych jednokomórkowych form życia. „Istnieją inne składniki odżywcze, które modulują aktywność biologiczną w krótkim czasie, ale fosfor jest tym, który jest najważniejszy w długim okresie” – powiedziała Meixnerová. Obecnie fosfor występuje obficie w materiale biologicznym i nawozach rolniczych. Jednak w bardzo starożytnych czasach głównym źródłem tego rzadkiego zasobu było wietrzenie skał wulkanicznych. „Podczas wietrzenia w atmosferze archai, świeża skała bazaltowa powoli rozpuściłaby się, uwalniając do rzek niezbędny makroskładnik odżywczy, fosfor. To wyżywiłoby mikroby żyjące w płytkich strefach przybrzeżnych i wywołałoby zwiększoną , jako produkt uboczny, skok tlenu”, powiedziała Meixnerová. Dokładna lokalizacja tych wulkanów i pól lawy jest nieznana, ale duże pola lawy w odpowiednim wieku istnieją we współczesnych Indiach, Kanadzie i innych miejscach, powiedział Buick. „Nasze badanie sugeruje, że dla tych przejściowych powiewów tlenu natychmiastowym wyzwalaczem był wzrost produkcji tlenu, a nie zmniejszenie zużycia tlenu przez skały lub inne nieożywione procesy” – powiedział Buick. „To ważne, ponieważ obecność tlenu w atmosferze ma fundamentalne znaczenie – jest największym motorem ewolucji dużego, złożonego życia”. Ostatecznie naukowcy twierdzą, że badanie sugeruje, w jaki sposób geologia planety może wpływać na życie rozwijające się na jej powierzchni, zrozumienie, które pomaga w identyfikacji egzoplanet nadających się do zamieszkania lub planet poza naszym Układem Słonecznym w poszukiwaniu życia we wszechświecie. Inni autorzy artykułu to współkorespondent Eva Stüeken, była absolwentka astrobiologii UW, obecnie na Uniwersytecie St. Andrews w Szkocji; Michael Kipp, były absolwent UW, obecnie w California Institute of Technology; oraz Marcus Johnson z Uniwersytetu Michigan. Badanie zostało sfinansowane przez NASA, finansowany przez NASA zespół Wirtualnego Laboratorium Planetarnego UW oraz profesora MacArthura dla Bluma na Uniwersytecie Michigan.

science