Heute 21% der Luft, die wir atmen, besteht aus molekularem Sauerstoff. Aber das Gas war nicht immer in solcher Menge, nicht immer am Leben halten konnte — darüber hinaus in der Atmosphäre praktisch nicht vorhanden war in den ersten 2 Milliarden Jahre Erdgeschichte. Wenn Sauerstoff anfing, sich zu versammeln auf der Erde? Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology fanden die Antwort. In der Arbeit, veröffentlicht neulich in Science Advances, eine Gruppe von Wissenschaftlern berichtet, dass die Atmosphäre der Erde erlebt der erste deutliche und irreversible Einspritzung von Sauerstoff etwa 2,33 Milliarden Jahren. Diese Periode markiert den Beginn der großen Sauerstoffversorgung — Veranstaltungen, nach denen der Sauerstoff begann seine siegreichen Offensive auf die Erde.
Die Wissenschaftler schätzten auch, dass dieser anfängliche Anstieg des atmosphärischen Sauerstoffs, wenn auch kleinen, ereignete sich in nur wenigen 1-10 Millionen Jahren und löste eine Reihe von Ereignissen, die später führte zur Verbreitung многоклеточной Leben.
«Dies ist der Beginn einer sehr langen Periode, die verwandelte sich in ein Komplexes Leben, sagt Roger Саммонс, älterer Autor des Papiers und Professor der Abteilung der terrestrischen, atmosphärischen und Planetary Science am MIT. — Es dauerte etwa 1,7 Milliarden Jahre, um die Tiere entwickelt haben, wie jene, die wir heute haben. Aber die Anwesenheit von molekularem Sauerstoff im Ozean und in der Atmosphäre bedeutet, dass Organismen, die atmen Sauerstoff, gedeihen konnten».
In der Luft riecht nach Sauerstoff
Im großen und ganzen Wissenschaftler sind sich einig, dass der Sauerstoff, ungeachtet des Mangels der in der Atmosphäre, die wahrscheinlich gekocht wurde im Ozean als Nebenprodukt der Photosynthese von Cyanobakterien bereits 3 Milliarden Jahren. Aber wie sagte Саммонс, Sauerstoff im alten Ozean «sofort всасывался» hungrige Mikroben, двухвалентным Eisen und anderen interessierten, ohne ihm die Flucht in die Atmosphäre.
«In der Luft sein konnten Leckage von Sauerstoff vor, aber deren Dauer und Inhalt ist derzeit unmöglich zu Messen», sagt Саммонс.
Alles änderte sich mit der Periode des großen Sauerstoffversorgung, der den Beginn der kontinuierlichen Anwesenheit von Sauerstoff in der Atmosphäre. Die bisherige Auswertung wurde der Beginn auf einem Niveau von etwa 2,3 Milliarden Jahren mit der Unsicherheit von zehn oder hundert Millionen Jahren.
«Die Datierung dieses Ereignisses blieb ziemlich ungenau bisher», sagt Саммонс.
Erzwungene übergang
Um genau die Zeit bestimmen, Wann die Strömung IN, Kollegen Саммонса zuerst analysierten Rassen der damaligen Zeit auf der Suche nach einer bestimmten Zeichnung Isotop Schwefel. Wenn Vulkane ausbrechen, werfen Sie schwefelhaltige Gase, die chemisch und Isotope getrennt werden unter dem Einfluss von UV-Strahlung. Die Struktur der Isotope, die sich in diesem Prozess ist, hängt davon ab, anwesend war ob Sauerstoff über einem bestimmten Grenzwert liegt oder nicht.
Wissenschaftler haben versucht, das grosse Highlight der übergang in einem bestimmten Muster Isotop Serie — Massen-unabhängige Fraktion Isotope des Schwefels (S-MIF), um festzustellen, wenn der Sauerstoff erschien zuerst in der Atmosphäre der Erde. Sie untersuchten dazu einen Sediment-Bohrkern, gesammelt während der Expedition von Wissenschaftlern in Südafrika.
«Meinem Zimmer herrschte Luo — sehr fleißiger Kerl, sagt Саммонс über einen anderen Wissenschaftler, принимавшем Teilnahme am schreiben dieser Arbeit. — Er fand Spuren von S-MIF in den tiefen Gesteinen, das fehlen dieser Spuren in flachen Felsen, aber dazwischen — nichts. Deshalb kehrte er zurück nach Südafrika».
Dort nahm er die Proben vom Rest der sedimentären Kern und zwei in der Nähe und fand heraus, dass der übergang S-MIF — was bedeutet dauerhafte überwindung Sauerstoff vorgenannten Schwelle — ereignete sich 2,33 Milliarden Jahren, Plus-minus 7 Millionen Jahren. Die Unsicherheit ist viel niedriger, verglichen mit früheren Schätzungen.
Die Wissenschaftler fanden auch eine große Fraktionierung der Isotope von Schwefel-34, weist auf einen Anstieg der marinen Sulfaten in dieser Zeit. Dies Sulfat mußte Sie infolge der Reaktion zwischen dem atmosphärischen Sauerstoff mit сульфидными Mineralien an Land, als auch mit Schwefeldioxid aus Vulkanen. Dann das Sulfat wurde den Bewohnern des Ozeans, Sulfat-atmenden Bakterien mit der Produktion eines Bildes von Schwefel-34 in den unteren Schichten der Sedimentgesteine, die wurden datiert zwischen 1 und 10 Millionen Jahren nach dem übergang S-MIF.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die ursprüngliche Akkumulation von Sauerstoff in der Atmosphäre war relativ schnell. Seit seinem ersten Auftritt 2,33 Milliarden Jahren Sauerstoff sammelte sich in ausreichend hohen Konzentrationen, um einen выветривающий Wirkung auf die Rasse bereits über 10 Millionen Jahre. Dieser Prozess der Verwitterung выщелачивал mehr Sulfat und einige Metalle im Wasser und damit in die Ozeane. Саммонс weist darauf hin, dass es dauerte eine Weile, bevor das irdische System erreicht einen stabilen Zustand, indem der Bestattung organischen Kohlenstoff überschritten und die Schwelle der notwendige Sauerstoff, um die weitere Stimulierung der biologischen Evolution.
«Ein kompliziertes Leben nicht konnte, sich auf dem Planeten, bis der Sauerstoff blieb die Menge der Tiefsee, sagt Саммонс. — Und es dauerte viel, viel Zeit. Aber das ist der erste Schritt in einer ganzen Reihe von Prozessen».
Nun, wenn Wissenschaftler beschränkten Zeitrahmen IM Verlauf, Саммонс hofft entdecken und andere Hinweise, die führen zu der Ursache oder der Mechanismus dieser Veranstaltung. Eine der Hypothesen, wollen die Wissenschaftler untersuchen, ist der Zusammenhang zwischen dem plötzlichen und rasanten Aufkommen von Sauerstoff und «Erde-Schnee», einer Periode, als die Kontinente und Ozeane der Erde waren meist mit Eis bedeckt.
Darüber hinaus müssen Sie verstehen, warum diese unsere 21% Sauerstoff in der Atmosphäre bleiben so stabil genug für lange Zeit.
Wissenschaftler machte deutlich, wenn der Sauerstoff erschien zuerst in der Erdatmosphäre
Ilja Hel