Tlen na Ziemi: tajemnica, którą tak łatwo uznać za oczywistość

Donalda E. Canfielda, geochemika z Uniwersytetu Południowej Danii w Odense, zadziwia każdy oddech. „Ludzie uznają tlen za coś oczywistego” – mówi. „Ale Ziemia jest jedyną znaną planetą, której atmosfera zawiera tlen”.

Naukowcy od lat starają się odtworzyć proces pojawienia się tlenu w atmosferze i jego historię. W ostatnich tygodniach dr Canfield i jego koledzy opublikowali wyniki związanych z tym badań. Stwierdzili, że nasze bogate w tlen powietrze to wynik skomplikowanego splotu zjawisk geologicznych i biologicznych.

Geochemicy badali odciski chemiczne pozostawione w skałach. Niektóre z tych ostatnich zawierają cząsteczki, które mogą powstawać tylko w obecności tlenu. Im więcej takich cząsteczek znajdujemy w warstwie skał z danego okresu, tym więcej tlenu musiało być w owym czasie w atmosferze.

W najstarszych skałach na Ziemi nie odkryto śladów tlenu w powietrzu. Wskazuje to, że pierwotnie składało się ono głównie z dwutlenku węgla, metanu i azotu. Promienie słoneczne wyzwalały trochę tlenu z dwutlenku węgla i innych cząsteczek. Ale ten szybko znikał, gdyż łatwo wiąże się z innymi pierwiastkami.

Trzy miliardy lat temu sytuacja zaczęła się zmieniać. Dr Canfield i jego koledzy zaobserwowali odciski tlenu w skałach pochodzące z tego okresu. Według nich, atmosfera naszej planety zawierała wówczas tylko 0,03 proc. obecnego poziomu tlenu, ale to oznaczało ogromne zmiany w chemii Ziemi.

Samo światło słoneczne nie mogło zwiększyć ilości tlenu w powietrzu. Potrzebne do tego było życie.

Trzy miliardy lat temu, niektóre drobnoustroje rozwinęły zdolność przeprowadzania fotosyntezy. Pływając na powierzchni oceanu, zaczęły się rozwijać, absorbując dwutlenek węgla i wodę, i wykorzystując energię słoneczną. Produktem tego procesu był tlen.

Część tego tlenu wchodziła w reakcje z pierwiastkami, przede wszystkim z węglem zawartym w pozostałościach nieżywych mikrobów, ale część pozostawała w powietrzu.

„W pewnym momencie, równowaga w atmosferze przechyliła się na korzyść tlenu” –stwierdza dr Canfield w książce pt. „Tlen: cztery miliardy lat historii”, która niedługo się ukaże.

Rozkwitło życie. Tlen atakował skały, uwalniając fosfor i żelazo, które w oceanach działały jak nawóz. Mikroby się rozmnażały i tlenu przybywało.

Boom tlenowy spowodował jednak katastrofę. Mikroby opadały na dno morza, tworząc skały bogate w węgiel. Gdy ruchy tektoniczne wypchnęły te skały ponad powierzchnie wody, zaczęły one reagować z tlenem w atmosferze i poziom tego ostatniego zaczął się obniżać.

2 mld lat temu spadł do 0,01 proc. obecnego poziomu.

W ciągu tych 2 mld lat następowały dalsze zmiany. Rośliny, ewoluując, zaczęły przechowywać ogromne ilości węgla w drewnie i innych twardych tkankach, przez co nie reagował on z tlenem. 300 milionów lat temu, poziom tlenu był o 50 proc. wyższy, niż dziś.

Ale ruchy tektoniczne doprowadziły do powstania pustyń. Obszar lasów się skurczył, a poziom tlenu - obniżył.

Dr Canfield, coraz lepiej poznając burzliwą historię tlenu, jest też coraz mniej pewny jego przyszłości. Uważa, że nie wiadomo, jaki poziom tlenu będzie się dalej utrzymywał na Ziemi.

 

Na podst. Earth’s Oxygen: A Mystery Easy to Take for Granted, Carl Zimmer, The New York Times 

Sieci społecznościowe

Tagi