Hittills har 21% av luften vi andas består av molekylärt syre. Men denna gas var inte alltid i sådan mängd, är inte alltid kunna stödja liv — ja, i stort sett frånvarande i atmosfären under de första 2 miljarder år av Jordens historia. När syre först började att samla på Jorden? Forskare på mit har funnit svaret. I en artikel som nyligen publicerades i Science Förskott, en grupp av forskare meddelade att Jordens atmosfär har upplevt att de första konkreta och bestående tillskott av syre cirka 2,33 miljarder år sedan. Denna period är markerade början på den stora syresättning händelse, efter syre som började sin segrande angrepp på Marken.
Forskare har också konstaterat att detta ursprungliga ökningen av luftens syre, men liten, inträffade endast 1-10 miljoner år och orsakade en serie av händelser som lett till spridning av flercelliga livet.
“Detta är början av en mycket lång period, vilket resulterade i ett komplicerat liv, säger Roger Sammons, senior författare och Professor vid Institutionen för jorden, atmosfären och planetary Sciences vid MIT. — Det tog cirka 1,7 miljarder år har utvecklats djur, till exempel de som vi har idag. Men förekomsten av molekylärt syre i havet och atmosfären innebär att organismer som andas syre kan frodas”.
Luften doftade av syre
I Allmänhet, forskare är överens om att syre, trots avsaknaden av i atmosfären mest troligt var bryggt i havet som en biprodukt av fotosyntesen cyanobakterier redan för 3 miljarder år sedan. Men enligt Sammons, syre i det forntida havet “omedelbart absorberas” med hungriga mikrober, järn järn och andra intresserade personer, inte låta honom fly in i atmosfären.
“I luft kan läcka syre innan, men deras varaktighet och innehåll är för närvarande omöjligt att mäta, säger Sammons.
Allt ändras med tiden för den stora syresättning, vilket markerade början av ständig närvaro av syre i atmosfären. Tidigare uppskattningar hade lagt starten på cirka 2,3 miljarder kronor år med osäkerheten i tiotals eller hundratals miljoner år.
“Dateringen av detta evenemang har varit ganska felaktiga fortfarande, säger Sammons.
Tvingades flytta
Att exakt fastställa tidpunkten för händelsen I Sammons kollegor först analyseras stenar av denna period på jakt efter ett specifikt mönster av isotop av svavel. När vulkaner får utbrott, de släpper ut svavel, gaser, som kan kemiskt och isotopically separerade under inverkan av ultraviolett strålning. Strukturen av de isotoper som bildats i denna process beror på det faktum att det fanns syre över en viss tröskel eller inte.
Forskare har försökt att identifiera stora förändringar i en viss isotop mönster serien — massa-oberoende bråkdel av svavel isotoper (S-MIF) för att avgöra när syre först dök upp i Jordens atmosfär. För detta måste de studeras från sedimentkärnor insamlade under expeditionen, forskare i Sydafrika.
“Jingmin Luo är en mycket hårt arbetande kille, säger Sammons om en annan forskare som deltog i skrivandet av detta arbete. — Han hittat spår av S-MIF i den djupa stenar, avsaknad av dessa spår i den grunda klippor, men mellan dem, ingenting. Så han återvände till Sydafrika”.
Det han tog prover från resten av sedimentkärnor och två i närheten och fann att övergången S-MIF vilket innebär permanent överbryggande syre av de ovan nämnda tröskelvärde på 2.33 hände för miljarder år sedan, plus eller minus 7 miljoner år. Osäkerheten är mycket lägre jämfört med tidigare uppskattningar.
Forskarna fann också ett stort isotop fraktionering av svavel-34, som anger ökningen i havet av sulfater på samma gång. Denna sulfat var tänkt att visas på grund av en reaktion mellan luftens syre och svavelväte mineraler på land, liksom svaveldioxid från vulkaner. Då denna sulfat används av invånarna i havet, sulfat-andning bakterier, med produktion av ett specifikt mönster av svavel-34 i lägre lager av sedimentära bergarter som har daterats till mellan 1 och 10 miljoner år efter övergången av S-MIF.
Dessa resultat tyder på att den ursprungliga ackumulationen av syre i atmosfären var relativt snabbt. Sedan dess första framträdande 2,33 miljarder år sedan, syre ackumuleras i tillräckligt höga koncentrationer för att utöva vyvetrivaniya effekt på rasen i 10 miljoner år. Denna process av väder och vind har vasilciuc mer av sulfat och vissa metaller i vatten och därmed i haven. Sammons visar att det tog lite tid, innan jorden systemet nått ett stabilt tillstånd av nedgrävning av organiska kol-och överskred tröskeln på syre som behövs för en ytterligare stimulering av biologisk evolution.
“Komplicerat livet kan inte bli godkänd på planeten, medan syre kvar tillfaller havsdjupen, säger Sammons. Och det tog lång, lång tid. Men detta är det första steget i en serie av processer.”
Nu, när forskare har begränsade flödet I form av, Sammons hoppas på att hitta fler ledtrådar som kommer att leda till en orsak eller mekanism av denna händelse. En av de hypoteser som forskare vill studera sambandet mellan den plötsliga och snabba uppkomsten av syre och “Jorden-snö”, en period när kontinenter och oceaner av Jorden var mestadels täckt med is.
Dessutom, du behöver för att förstå varför dessa våra 21% syre i atmosfären förblir stabila under en lång tid.
Forskarna sade att syre först dök upp i jordens atmosfär
Ilya Hel