Η δημιουργία του οξυγόνου στην Γή

Πήρε 100 εκατομμύρια χρόνια για να αυξηθούν τα επίπεδα οξυγόνου στους ωκεανούς και στην ατμόσφαιρα σε εκείνο το ύψος που επέτρεψε την έκρηξη της ζωής των ζώων στη Γη, πριν από 600 εκατομμύρια χρόνια περίπου, σύμφωνα με μελέτη που υπογράφεται από δύο επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον (UW) και με καθοδήγηση από το University College London.
Προηγουμένως, δεν ήταν γνωστό το πόσο γρήγορα οξυγονώθηκαν οι ωκεανοί και η ατμόσφαιρα της Γης και αν η έκρηξη της ζωής συνέβη πριν ή μετά την αύξηση του οξυγόνου.

Η νέα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications, δείχνει ότι η αύξηση του οξυγόνου ξεκίνησε πολύ νωρίτερα από ότι εθεωρείτο μέχρι σήμερα και συνέβη με σποραδική εξάπλωση του φαινομένου σε 100 εκατομμύρια χρόνια περίπου. Είναι συνεπώς πιθανό ότι η αύξηση του οξυγόνου πυροδότησε νωρίτερα την εξέλιξη των ζώων, μάλλον, παρά ότι η εμφάνιση των ζώων υπήρξε ένα τυχαίο εξελικτικό γεγονός.

«Το οξυγόνο ήταν κάτι σαν ένα αργό φυτίλι για την έκρηξη της ζωικής ζωής», είπε ένας από τους συγγραφείς της μελέτης, ο David Catling, καθηγητής στο Τμήμα Επιστημών Γης και Διαστήματος του UW. «Γύρω στα 635 εκατομμύρια χρόνια πριν, πιθανότατα υπήρξε αρκετό οξυγόνο για να υποστηρίξει μικροσκοπικούς σπόγγους. Τότε, μετά από 580 εκατομμύρια χρόνια πριν, παράξενα πλάσματα λεπτά σαν κρέπες έζησαν σε ένα ελαφρά οξυγονωμένο θαλάσσιο πυθμένα. Πενήντα εκατομμύρια χρόνια αργότερα, οι σπονδυλωτοί μας πρόγονοι γλίστρησαν μέσα στο πλούσιο σε οξυγόνο θαλασσινό νερό».

Η ερευνητική ομάδα παρακολούθησε τι συνέβαινε με τα επίπεδα του οξυγόνου της Γης σε μια περίοδο πριν από 770 εκατομμύρια χρόνια μέχρι πριν από 520 εκατομμύρια χρόνια, χρησιμοποιώντας νέους χημικούς ανιχνευτές σε βράχους στις ΗΠΑ, τον Καναδά, την Κίνα και την Αυστραλία. Για να συναρμολογηθεί η συνολική εικόνα των επιπέδων οξυγόνου των ωκεανών και της ατμόσφαιρας της Γης, ελήφθησαν δείγματα πετρωμάτων από διαφορετικές τοποθεσίες που βρέθηκαν κάτω από τη θάλασσα σε διαφορετικές χρονικές περιόδους.

Μετρώντας τα ισότοπα σεληνίου στους βράχους, η ομάδα αποκάλυψε ότι πήρε 100 εκατομμύρια χρόνια για να ανέλθει η ποσότητα του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα από λιγότερο από το 1 % σε περισσότερο από το 10 % που είναι σήμερα. Αυτό αναμφισβήτητα ήταν το πιο σημαντικό γεγονός οξυγόνωσης στην ιστορία της Γης, γιατί αναγγέλλει μια εποχή της ζωικής ζωής που συνεχίζεται μέχρι σήμερα.

«Κάναμε μια νέα προσέγγιση, χρησιμοποιώντας ανιχνευτές ισοτόπων σεληνίου για να αναλύσουμε θαλάσσιους αργιλικούς σχιστόλιθους, η οποία μας έδωσε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις σταδιακές αλλαγές στα επίπεδα του οξυγόνου από ότι είναι δυνατόν να λάβουμε με τη χρήση των περισσότερο συμβατικών τεχνικών που χρησιμοποιούνταν προηγουμένως», είπε ο επικεφαλής της συγγραφικής ομάδας Philip Pogge von Strandmann του University College London. «Εκπλαγήκαμε που είδαμε πόσο καιρό πήρε για να παραχθεί οξυγόνο στη Γη», πρόσθεσε. «Τα ευρήματά μας αμφισβητούν θεωρίες ότι (αυτό) ήταν μια γρήγορη διαδικασία που προκλήθηκε από μια αλλαγή στη συμπεριφορά των ζώων».

Κατά τη διάρκεια της περιόδου που μελετήθηκε, συνέβησαν δύο μεγάλες διαδικασίες που μετέτρεψαν όλη τη Γη σε χιονόμπαλα κατά τη διάρκεια της κρυογενούς παγετωνικής περιόδου-η μεγαλύτερη σε διάρκεια Sturtian (πριν από 716.000.000 χρόνια περίπου) και η συντομότερη Marinoan (πριν από 635 εκατομμύρια χρόνια περίπου) όταν η Γη ήταν καλυμμένη με πάγο και οι περισσότεροι από τους ωκεανούς είχαν παγώσει από τους πόλους μέχρι τις τροπικές περιοχές. Μια μικρότερης κλίμακας διαδικασία παγετώνων, η Gaskiers, συνέβη αργότερα (πριν από περίπου 580 εκατομμύρια χρόνια). Κατά τη διάρκεια αυτών των περιόδων, οι θερμοκρασίες έπεσαν κατακόρυφα και ανέβηκαν πάλι, προκαλώντας τήξη των πάγων και έτσι εισροή θρεπτικών ουσιών στον ωκεανό, που οι ερευνητές θεωρούν ότι προκάλεσε την αύξηση των επιπέδων του οξυγόνου βαθιά στους ωκεανούς.

«Θέλουμε να μάθουμε πώς η εξέλιξη της ζωής συνδέεται με την εξέλιξη του κλίματός μας», είπε ο Pogge von Strandmann. «Η ερώτηση του πόσο έντονα η ζωή τροποποίησε ενεργά το κλίμα της Γης και γιατί η Γη ήταν κατοικήσιμη για τόσο πολύ καιρό, είναι εξαιρετικά σημαντική για την κατανόηση τόσο του κλιματικού συστήματος, όσο και γιατί η ζωή στη Γη είναι σε πρωτοκαθεδρία».

Μέχρι τώρα, πιστεύονταν ότι η οξυγόνωση συνέβη μετά την τήξη των πάγων της σχετικά μικρής περιόδου παγετώνων Gaskiers. Τα ευρήματα από αυτή τη μελέτη την ωθούν πολύ νωρίτερα, στην Marinoan της Κρυογενικής Περιόδου, μετά την οποία τα ζώα άρχισαν να πληθαίνουν στις βελτιωμένες συνθήκες, οδηγώντας στην πρώτη μεγάλη έκρηξη της ζωής.

«Παρακολουθώντας πώς αυξήθηκε το οξυγόνο, είναι το πρώτο βήμα προς την κατανόηση γιατί πήρε τόσο καιρό», είπε ο Catling, ο οποίος έχει συνεργασία με το Πρόγραμμα Αστροβιολογίας στο UW. «Τελικά, η κατανόηση των γεωλογικών ελέγχων στα επίπεδα οξυγόνου μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε αν ζωή παρόμοια με των ζώων θα μπορούσε να υπάρξει αλλού, σε πλανήτες όμοιους με τη Γη».

Πηγή: University of Washington