Cesta ke kyslíku dlouhá 200 milionů let

Podle nedávných objevů trvala Země „Velká oxidační událost“ 200 milionů let.

Nový výzkum zdůrazňuje složitost Velké oxidační události a odhaluje, že vzestup kyslíku v atmosféře a oceánech byl dynamický proces trvající více než 200 milionů let, ovlivněný geologickými a biologickými faktory rozhodujícími pro evoluci života.

Velká oxidační událost

Asi před 2,5 miliardami let, volný kyslík, nebo O₂Nejprve se začaly hromadit na smysluplných úrovních v zemské atmosféře, čímž připravily cestu pro vznik složitého života na naší vyvíjející se planetě.

Vědci tento jev označují jako Velká oxidační událost nebo zkráceně GOE. Ale počáteční akumulace O₂ Podle nového výzkumu vedeného geochemikem z University of Utah to na Zemi nebylo tak jednoduché, jak toto označení naznačuje.

Tato „událost“ trvala nejméně 200 milionů let. Akumulace O je sledována₂ Život v oceánech byl až dosud velmi obtížný, řekl Chadlin Ostrander, odborný asistent na katedře geologie a geofyziky.

„Nové údaje naznačují, že počáteční vzestup O₂ Atmosféra Země byla dynamická, přerušovaně se rozvíjela až do 2.2. „Před miliardou let,“ řekl Ostrander, hlavní autor studie zveřejněné 12. června v časopise. Příroda. „Naše data potvrzují tuto hypotézu a dokonce jdou ještě o krok dále rozšířením této dynamiky na oceán.“

Vize mořských skal

Jeho mezinárodní výzkumný tým, který podporuje NASA Program Exobiology, zaměřený na mořské horniny ze skupiny Transvaal Supergroup v Jižní Africe, poskytuje vhled do dynamiky oceánského kyslíku během tohoto klíčového období v historii Země. Analýzou poměrů stabilních izotopů thallia a redox-citlivých prvků objevili důkazy o fluktuacích mořského O.₂ Hladiny, které se shodovaly se změnami atmosférického kyslíku.

Tyto výsledky pomáhají pokročit v pochopení složitých procesů, které vytvořily zemský O₂ Jejich úrovně během kritického období v historii planety vydláždily cestu pro vývoj života, jak jej známe.

Pochopení časných oceánských podmínek

„Opravdu nevíme, co se dělo v oceánech, kde pravděpodobně vznikly a vyvíjely se nejstarší formy života na Zemi,“ řekl Ostrander, který na fakultu UCLA nastoupil loni z Woods Hole Oceanographic Institution v Massachusetts. „Takže vědět O₂ Obsah oceánů a jejich vývoj v průběhu času je pro raný život možná důležitější než atmosféra.

Výzkum staví na práci spoluautorů s Ostranderem, Simonem Boltonem z University of Leeds ve Spojeném království a Andre Beckerem z University of California, Riverside. v Studie 2021Jejich tým vědců zjistil, že O₂ Trvalou součástí atmosféry se stal až asi 200 milionů let po zahájení globálního okysličovacího procesu, tedy mnohem později, než se dosud myslelo.

Kolísání kyslíku v atmosféře a oceánech

Nezvratným důkazem anoxické atmosféry je přítomnost vzácných signatur izotopů síry nezávislých na hmotnosti v sedimentárních záznamech před GOE. Velmi málo procesů na Zemi může generovat tyto izotopové signatury síry a je známo, že jejich uchování v horninovém záznamu vyžaduje nepřítomnost atmosférického kyslíku.₂.

Během první poloviny existence Země byla atmosféra a oceány z velké části bez O₂. Zdá se, že tento plyn byl produkován sinicemi v oceánu před GOE, ale v těchto raných dnech O₂ Rychle se ničí při reakcích s exponovanými minerály a sopečnými plyny. Bolton, Baker a jejich kolegové zjistili, že stopy vzácných izotopů síry mizí, ale znovu se objevují, což ukazuje na přítomnost více molekul O.₂ Vzestup a pád atmosféry během GOE. Nebyla to jediná „událost“.

Výzvy v okysličování Země

„Země nebyla připravena na okysličení, když začala produkovat kyslík, trvalo to nějakou dobu, než se Země vyvíjela biologicky, geologicky a chemicky, aby byla vhodná pro kyslík,“ řekl Ostrander. Máte produkci kyslíku, ale hodně ničíte kyslík a nic se neděje. Stále se snažíme zjistit, kdy jsme úplně naklonili misku vah a Země se nemohla vrátit do atmosféry bez kyslíku.

Dnes, popř₂ Tvoří 21 % hmotnosti atmosféry, hned za dusíkem. Ale po GOE zůstal kyslík po stovky milionů let velmi malou složkou atmosféry.

Pokročilé techniky izotopové analýzy

Ke sledování přítomnosti O₂ V oceánu během GOE se výzkumný tým spoléhal na Ostranderovu odbornost v oblasti stabilních izotopů thallia.

Izotopy jsou atomy stejného prvku, které mají nestejný počet neutronů, což jim dává mírně odlišné hmotnosti. Poměry izotopů určitého prvku podpořily objevy v archeologii, geochemii a mnoha dalších oborech.

Izotopy thalia a indikátory kyslíku

Pokroky v hmotnostní spektrometrii umožnily vědcům přesně analyzovat poměry izotopů prvků ve spodní části periodické tabulky, jako je thalium. Naštěstí pro Ostrandera a jeho tým jsou poměry izotopů thalia citlivé na ukládání oxidu manganu na mořském dně, což je proces, který vyžaduje O₂ V mořské vodě. Tým zkoumal izotopy thallia ve stejných mořských horninách, u kterých se nedávno ukázalo, že sledují O2 v atmosféře₂ Kolísání během GOE se vzácnými izotopy síry.

V břidlicových horninách Ostrander a jeho tým nalezli výrazné obohacení lehčího izotopu thallia (²⁰³Tl), vzor, ​​který lze nejlépe vysvětlit pohřbíváním oxidu manganu na mořském dně a tedy akumulací O₂ V mořské vodě. Tato obohacení se nacházejí ve stejných vzorcích, které postrádají vzácné izotopové signatury síry, a tedy když atmosféra již není bez kyslíku. Poleva na dortu: ²⁰³Obohacení zmizí, když se vrátí vzácné signatury izotopů síry. Tyto výsledky jsou podpořeny obohacením redox-senzitivních prvků, což je klasičtější nástroj pro sledování změn ve starověkém O₂.

„Když izotopy síry říkají, že se atmosféra okysličila, izotopy thallia říkají, že se oceány okysličily, když izotopy síry říkají, že se atmosféra znovu stala anoxickou, izotopy thallia říkají totéž o oceánu,“ řekl Ostrander jak okysličené, tak odkysličené. „To je skvělá nová informace pro ty, kteří se zajímají o starověkou zemi.“

Odkaz: „Nástup okysličení duální atmosféry a oceánu před 2,3 miliardami let“ od Chadlin M. Ostrander, Andy W. Heard, Yunchao Shu, Andrey Bekker, Simon W. Poulton, Kasper P. Olesen a Sune G. Nielsen, 12. června 2024 , Příroda.
doi: 10.1038/s41586-024-07551-5