Ciężka dola Geologa - Badania nad wczesną Ziemią

Jak wywnioskować co działo się we wczesnej atmosferze ziemskiej mając przed oczami tabelkę stosunków kilku izotopów jakiegoś siarczanu w kolejnych wydobytych z głębi skał próbek? Jak rozwikłać tajemnice wczesnych procesów chemicznych, zachodzących na pra-ziemi, które zamieniły zupę dwutlenku węgla, azotu i pary wodnej, nasączonych metanem, amoniakiem, dwutlenkiem siarki, siarkowodorem i kwasem solnym w przyjemną dla nas tlenowo-azotową atmosferę?

Napisałem tlenowo-azotową? No właśnie, skąd się wziął cały ten tlen? Zgodnie ze współczesnymi podręcznikami, na początku (czyli jakieś 4 miliardy lat temu) było inferno. Wyjątkowo toksyczna mieszanka wymienionych wyżej gazów wpompowywana do atmosfery przez wulkany (uh, bym zapomniał jeszcze o takich składnikach jak tlenek azotu i dwutlenek węgla). To wszystko unosiło się nad pra-oceanami pochodzÄącymi ze skondensowanej pary wodnej i sporych dostaw od komet, intensywnie "odwiedzających" powierzchnię Ziemi. Pra-oceany to też nie było do końca to co teraz nazywamy "wodą morską". Spore ilości wyjątkowo aktywnych kominów hydrotermalnych pompowały do wody bardzo znaczące ilości rozpuszczonych związków żelaza.

Zgodnie z obecną wiedzą w tych niesprzyjających dla obecnie dominujących form życia warunkach, pojawili się superherosi - sinice. 2.7 mld lat temu ci najwięksi twardziele potrafiący zarówno sztuczkę z fotosyntezą jak i umiejętność wiązania azotu zaczęły na Ziemi ogromny, naturalny proces terraformingu trwający ok. 200 milionów lat. Powoli przybywało w atmosferze tlenu, a ubywało różnego rodzaju związków azotu. Wtedy właśnie zaszło coś bardzo zaskakującego i ciężkiego do wytłumaczenia - Great Oxygenation . W krótkim czasie w ziemskiej atmosferze pojawiła się bardzo duża ilość tlenu.

Dla nas to bardzo dobra wiadomość, ale dla ówczesnego ekosystemu była to gigantyczna tragedia. Tlen nie jest neutralny. To bardzo reaktywny gaz. W krótkim czasie tlen wymordował większość życia na Ziemi. Życia, które owszem, umiało sobie radzić bez niego, ale nie bardzo potrafiło przeżyć z nim. W tym samym czasie, coĹś wymiotło prawie całe żelazo rozpuszczone w oceanach. Ponownie bardzo dobra wiadomość z punktu widzenia organizmów które obecnie dominują na Ziemi. Pytanie jednak co dokładnie się stało? Dlaczego zaszło jednocześnie? Dlaczego warstwy związanego żelaza są tak cienkie i znikają równie szybko jak się pojawiają? Dlaczego jest ich kilkadziesiąt!?

Piękny opis przeszłości geologicznej Ziemi trzeszczy w szwach od jakiegoś już czasu. W 1998 roku Don Canfied z Odense Unversity (Dania) zasugerował, ze Wielkie Natlenianie (Great Oxygenation) mogło nie zajść jednym zrywem. Pojawiła się całkiem spójna teoria mówiąca o tym, ze pierwszy wzrost ilości tlenu w atmosferze, spowodował, że spore ilości siarczanów spłynęły do oceanów wystawiając niezłą ucztę dla bakterii które czerpiąc z siarczanów energię, przy okazji niejako związały spore ilości rozpuszczonego w wodach żelaza. Dalszy wzrost tlenu musiał wywołać kolejne zmiany. Organizmy beztlenowe żywiące się siarczanami w końcu zostały zagłodzone. Chemiczne zmiany w oceanach zatrzymały się dzieląc je na kilka stref. Natlenione wody powierzchniowe gdzie zaczęły dominować tlenowe formy życia, nieco głębiej warstwy ciągle okupowane przez organizmy żywiące się siarczanami (z góry skazanymi na zagładę z powodu braku dostaw nowych zasobów siarki) i najgłębsze partie ciągle skażone związkami rozpuszczonego żelaza.

No i trochę spraw teoretycznie się wyjaśniło i poukładało. Teoretycznie, bo tak naprawdę dopiero teraz sytuacja zaczyna się komplikować. Simon Poulton z University of Newcastle (Anglia) wykazał, że wspomniana warstwa oceanów bogata w siarczany w rzeczywistości była bardzo cienka i mogła istnieć tylko w wąskim przybrzeżnym pasie. Co więcej, kolejne badania wykazały, że zarówno pierwotny pra-ocean nasączony roztworami żelaza, jak i późniejszy teoretycznie ocean pełny siarczanów, istniały jeszcze długo po okresie Wielkiego Natleniania. Co znowu nie bardzo wiadomo jak wyjaśnić. Wygląda bowiem na to, że pra-ocean nie przeewoluował łagodnie z okresu żelaznego poprzez siarczanowy do tlenowego, ale niejako rozszedł się w trzech różnych kierunkach i istniał jednocześnie. Biorąc pod uwagę fakt, że każda z tych biosfer raczej nie miała szans istnieć w środowisku pozostałych, Łamigłówka naprawdę się komplikuje.

Geolodzy mają nie lada problem. A my najwyraźniej będziemy mieć doskonały pretekst do niejednego jeszcze newsa w temacie początków życia na Ziemi.

Bazując na:
http://news.wustl.edu/news/Pages/21010.aspx
http://www.astrobio.net/pressrelease/3594/the-redox-revolution

IMAGE CREDIT: NASA

Opublikowany - IX.2010

Pliki cookie ułatwiają świadczenie naszych usług. Korzystając z naszych usług, zgadzasz się, że używamy plików cookie.
Ok