Vulkanaktivitet og ændringer i Jordens kappe var nøglen til stigning af atmosfærisk ilt

Oxygen blev først akkumuleret i Jordens atmosfære for omkring 2,4 milliarder år siden, under den store oxidationsbegivenhed. Et mangeårigt puslespil har været, at geologiske spor tyder på, at tidlige bakterier fotosyntetiserede og pumpede ilt ud hundredvis af millioner af år før da. Hvor skulle det hele hen?

Noget holdt iltens stigning tilbage. En ny fortolkning af sten milliarder af år gamle fund vulkanske gasser er de sandsynlige synder. Undersøgelsen ledet af University of Washington blev offentliggjort i juni i open-access journal Naturkommunikation .

"Denne undersøgelse genopliver en klassisk hypotese for udviklingen af ​​atmosfærisk ilt, "sagde hovedforfatter Shintaro Kadoya, en UW -postdoktor i jord- og rumvidenskab. "Dataene viser, at en udvikling af Jordens kappe kunne styre en udvikling af Jordens atmosfære, og muligvis en udvikling af livet. "

Flercellet liv kræver en koncentreret tilførsel af ilt, så ophobning af ilt er nøglen til udviklingen af ​​iltåndende liv på Jorden.

"Hvis ændringer i mantelstyret atmosfærisk ilt, som denne undersøgelse antyder, kappen kunne i sidste ende sætte et tempo for livets udvikling, "Sagde Kadoya.

Det nye arbejde bygger på et papir fra 2019, der fandt ud af, at den tidlige jordkappe var langt mindre oxideret, eller indeholdt flere stoffer, der kan reagere med ilt, end den moderne kappe. Den undersøgelse af gamle vulkanske klipper, op til 3,55 milliarder år gamle, blev indsamlet fra websteder, der omfattede Sydafrika og Canada.

Robert Nicklas ved Scripps Institution of Oceanography, Igor Puchtel ved University of Maryland, og Ariel Anbar ved Arizona State University er blandt forfatterne af 2019 -undersøgelsen. De er også medforfattere af det nye papir, ser på, hvordan ændringer i kappen påvirkede de vulkanske gasser, der slap ud til overfladen.

Den arkæiske Eon, da kun mikrobielt liv var udbredt på Jorden, var mere vulkansk aktiv end i dag. Vulkanudbrud fodres med magma-en blanding af smeltet og halvsmeltet sten-samt gasser, der slipper ud, selv når vulkanen ikke er i udbrud.

Nogle af disse gasser reagerer med ilt, eller oxiderer, for at danne andre forbindelser. Dette sker, fordi ilt har en tendens til at være sulten efter elektroner, så ethvert atom med en eller to løst holdt elektroner reagerer med det. For eksempel, brint frigivet af en vulkan kombineres med frit ilt, fjernelse af ilt fra atmosfæren.

Den kemiske sammensætning af Jordens kappe, eller et blødere lag af sten under jordskorpen, i sidste ende styrer typerne af smeltet sten og gasser, der kommer fra vulkaner. En mindre oxideret tidlig kappe ville producere flere af de gasser som brint, der kombineres med frit ilt. 2019 -papiret viser, at kappen gradvist blev mere oxideret fra 3,5 milliarder år siden til i dag.

Den nye undersøgelse kombinerer disse data med beviser fra gamle sedimentære sten for at vise et vendepunkt engang efter 2,5 milliarder år siden, da ilt produceret af mikrober overvandt sit tab til vulkanske gasser og begyndte at ophobe sig i atmosfæren.

"I bund og grund, forsyningen af ​​oxiderbare vulkanske gasser var i stand til at sluge fotosyntetisk ilt i hundredvis af millioner af år efter fotosyntesen udviklede sig, "sagde medforfatter David Catling, en UW -professor i jord- og rumvidenskab. "Men da selve kappen blev mere oxideret, færre oxiderbare vulkanske gasser blev frigivet. Så oversvømmede ilt luften, da der ikke længere var nok vulkansk gas til at tørre det hele op. "

Dette har konsekvenser for at forstå fremkomsten af ​​komplekst liv på Jorden og muligheden for liv på andre planeter.

"Undersøgelsen viser, at vi ikke kan udelukke en planets kappe, når vi overvejer udviklingen af ​​overfladen og planetens liv, "Sagde Kadoya.