Az O2 mikor és hol kezdett el felhalmozódni a Földön?

Az ősi kőzetek tanulmányozásával a kutatók megállapították, hogy valamikor 2,5 és 2,3 milliárd évvel ezelőtt a Föld átesett azon, amit a tudósok “Nagy Oxidációs Eseménynek” vagy röviden GOE-nek neveznek. Az O2 ekkor halmozódott fel először a Föld légkörében, és azóta is jelen van.

A kutatási terület számos tanulmánya révén azonban bizonyítékot találtak arra, hogy a GOE előtt a Föld ősi sekély óceánjainak kis területein kisebb mennyiségű O2 volt jelen. A Nature Geoscience című folyóiratban nemrég megjelent tanulmányban pedig az Arizonai Állami Egyetem (ASU) tudósai által vezetett kutatócsoport meggyőző bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy a GOE előtt az óceánok jelentős oxigénellátottsággal rendelkeztek, mégpedig a korábban felismertnél nagyobb mértékben és nagyobb mélységben.

A tanulmányhoz a kutatócsoport a Nyugat-Ausztráliából származó 2,5 milliárd éves tengeri üledékes kőzeteket, a Mt. McRae Shale-t vette célba. “Ezek a kőzetek tökéletesek voltak a tanulmányunkhoz, mert korábban kimutatták, hogy a Nagy Oxidációs Eseményt megelőző anomális oxigénellátási epizód során rakódtak le” – mondja Chadlin Ostrander, az ASU Föld- és Űrkutatási Iskolájának vezető szerzője.

A palák olyan üledékes kőzetek, amelyek a Föld múltjában valamikor az ősi óceánok tengerfenékén rakódtak le. Bizonyos esetekben ezek a palák tartalmazzák az ősi óceánok kémiai ujjlenyomatait, amelyekben lerakódtak.

A kutatáshoz Ostrander palamintákat oldott fel, és tiszta laboratóriumban elkülönítette az érdekes elemeket, majd tömegspektrométerrel megmérte az izotópos összetételt. Ezt a folyamatot Sune Nielsen, a Woods Hole Oceanographic Institution (Massachusetts), Jeremy Owens, a Florida State University, Brian Kendall, a University of Waterloo (Ontario, Kanada), Gwyneth Gordon és Stephen Romaniello, az ASU School of Earth and Space Exploration, valamint Ariel Anbar, az ASU School of Earth and Space Exploration és School of Molecular Sciences tudósai segítségével végezte el. Az adatgyűjtés több mint egy évig tartott, és a Woods Hole Oceanographic Institution, a Florida State University és az ASU létesítményeit használták.

A csapat tömegspektrométerek segítségével mérte a Mt. McRae Shale tallium- és molibdénizotóp-összetételét. Ez volt az első alkalom, hogy mindkét izotóprendszert megmérték ugyanabban a palamintában. A feltételezéseknek megfelelően kiszámítható tallium- és molibdénizotóp-mintázat alakult ki, ami arra utal, hogy az ősi óceán nagy régióiban mangán-oxid-ásványok temetkeztek a tengerfenékbe. Ahhoz, hogy ez a betemetődés megtörténjen, az O2-nek egészen a tengerfenékig jelen kellett lennie 2,5 milliárd évvel ezelőtt.

Ezek az eredmények javítják a tudósok ismereteit a Föld óceáni oxigénellátásának történetéről. Az O2 felhalmozódása valószínűleg nem korlátozódott a GOE előtt a felszíni óceán kis részeire. Valószínűbb, hogy az O2 felhalmozódása az óceán nagy régióira terjedt ki, és messze az óceán mélyére is kiterjedt. Úgy tűnik, hogy néhány ilyen területen az O2-felhalmozódás egészen a tengerfenékig terjedt.

“Felfedezésünk arra kényszerít minket, hogy újragondoljuk a Föld kezdeti oxigénellátottságát” – állítja Ostrander. “Számos bizonyíték arra utal, hogy az O2 körülbelül 2,5 milliárd évvel ezelőtt, a GOE idején kezdett felhalmozódni a Föld légkörében. Most azonban nyilvánvalóvá vált, hogy a Föld kezdeti oxigénellátottságának története az óceánban gyökerezik. Az O2 valószínűleg a Föld óceánjaiban halmozódott fel — adataink szerint jelentős szintre — jóval azelőtt, hogy ez a légkörben megtörtént volna.”

“Most, hogy tudjuk, mikor és hol kezdett el felhalmozódni az O2, a következő kérdés az, hogy miért” – mondja Anbar, az ASU elnöki professzora és társszerzője. “Úgy gondoljuk, hogy az O2-t termelő baktériumok már jóval azelőtt virágoztak az óceánokban, hogy az O2 elkezdett volna felhalmozódni a légkörben. Mi változott, ami ezt a felhalmozódást okozta? Ez az, amin most dolgozunk.”