หลายพันล้านปีก่อนสภาพแวดล้อมของโลกนั้นแตกต่างจากที่เรารู้จักในปัจจุบันมาก โดยพื้นฐานแล้วบรรยากาศดั้งเดิมของโลกนั้นเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตอย่างที่เรารู้ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ไนโตรเจนและก๊าซอื่น ๆ อย่างไรก็ตามโดยยุค Paleoproterozoic (2.5–1.6 พันล้านปีก่อน) การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่เกิดขึ้นเมื่อออกซิเจนเริ่มถูกนำไปสู่บรรยากาศ - รู้จักกันในชื่อ Great Oxidation Event (GOE)
จนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่าเหตุการณ์นี้ซึ่งเป็นผลมาจากแบคทีเรียสังเคราะห์แสงที่เปลี่ยนแปลงบรรยากาศนั้นเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วหรือไม่ อย่างไรก็ตามจากการศึกษาล่าสุดของทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติเหตุการณ์นี้เร็วกว่าที่คิดไว้มาก จากหลักฐานทางธรณีวิทยาที่ค้นพบใหม่ทีมสรุปว่าการนำออกซิเจนเข้าสู่บรรยากาศของเรานั้น“ เหมือนท่อดับเพลิง” มากกว่าหยดน้ำ
การศึกษาในหัวข้อ“ ไอระเหยสองพันล้านปีจับออกซิเดชันของโลก” เมื่อไม่นานมานี้ปรากฏในวารสาร วิทยาศาสตร์. นำโดย Clara Blättlerนักวิจัยหลังปริญญาเอกในภาควิชาธรณีศาสตร์ที่ Princeton ทีมยังรวมถึงสมาชิกจากสถาบันวิทยาศาสตร์ Blue Marble Space, ศูนย์วิทยาศาสตร์ Karelian, การสำรวจทางธรณีวิทยาของอังกฤษ, การสำรวจทางธรณีวิทยาของนอร์เวย์และมหาวิทยาลัยหลายแห่ง .
กล่าวโดยย่อเหตุการณ์ครั้งยิ่งใหญ่เกิดขึ้นเมื่อ 2.45 พันล้านปีก่อนในช่วงต้นของ Proterozoic eon กระบวนการนี้เชื่อว่าเป็นผลมาจากไซยาโนแบคทีเรียที่ค่อย ๆ เผาผลาญคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และผลิตก๊าซออกซิเจนซึ่งตอนนี้ทำขึ้นประมาณ 20% ของชั้นบรรยากาศของเรา อย่างไรก็ตามจนกระทั่งเมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถที่จะ จำกัด มากในช่วงเวลานี้
โชคดีที่ทีมนักธรณีวิทยาจากการสำรวจทางธรณีวิทยาของนอร์เวย์ - ร่วมมือกับศูนย์วิจัยคาเรเลียนในเปโตรซาวอดสค์ประเทศรัสเซีย - ตัวอย่างของเกลือที่ตกผลึกได้รับการรักษาในรัสเซียเมื่อเร็ว ๆ นี้ พวกเขาสกัดจากหลุมลึก 1.9 กม. (1.2 ไมล์) ใน Karelia ทางตะวันตกเฉียงเหนือของรัสเซียจากหลุมเจาะ Onega Parametric Hole (OPH) บนชายฝั่งตะวันตกของทะเลสาบ Onega
ผลึกเกลือเหล่านี้ซึ่งมีอายุประมาณ 2 พันล้านปีก่อนเป็นผลมาจากน้ำทะเลโบราณระเหยไป จากการใช้ตัวอย่างเหล่านี้Blättlerและทีมของเธอสามารถเรียนรู้สิ่งต่าง ๆ เกี่ยวกับองค์ประกอบของมหาสมุทรและบรรยากาศที่มีอยู่บนโลกในช่วงเวลาของ GOE สำหรับผู้เริ่มต้นทีมระบุว่าพวกเขามีซัลเฟตจำนวนมากอย่างน่าประหลาดใจซึ่งเป็นผลมาจากน้ำทะเลที่ทำปฏิกิริยากับออกซิเจน
ในฐานะที่เป็น Aivo Lepland นักวิจัยจากการสำรวจทางธรณีวิทยาของนอร์เวย์ผู้เชี่ยวชาญด้านธรณีวิทยาที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีทาลลินน์และผู้เขียนอาวุโสเกี่ยวกับการศึกษาอธิบายในการแถลงข่าวล่าสุดของพรินซ์ตัน:
“ นี่เป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดเท่าที่เคยมีมาว่าทะเลโบราณที่มีแร่ธาตุเหล่านั้นตกตะกอนมีความเข้มข้นของซัลเฟตสูงถึงอย่างน้อย 30 เปอร์เซ็นต์ของซัลเฟตในมหาสมุทรในปัจจุบันตามที่เราคาดการณ์ไว้ สิ่งนี้สูงกว่าที่คิดไว้มากและจะต้องมีการคิดใหม่เกี่ยวกับขนาดของออกซิเจนในระบบบรรยากาศมหาสมุทรอายุ 2 พันล้านปี”
ก่อนหน้านี้นักวิทยาศาสตร์ไม่แน่ใจว่ามันใช้เวลานานแค่ไหนสำหรับชั้นบรรยากาศของเราที่จะไปถึงความสมดุลของไนโตรเจนและออกซิเจนในปัจจุบันซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชีวิตอย่างที่เรารู้ โดยพื้นฐานแล้วความคิดเห็นแบ่งออกเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วหรือเกิดขึ้นตลอดระยะเวลาหลายล้านปี สิ่งเหล่านี้ส่วนมากเกิดจากความจริงที่ว่าหินเกลือที่เก่าแก่ที่สุดที่ค้นพบมีอายุถึงหนึ่งพันล้านปีก่อน
“ เป็นการยากที่จะทดสอบแนวคิดเหล่านี้เพราะเราไม่มีหลักฐานจากยุคนั้นที่จะบอกเราเกี่ยวกับองค์ประกอบของบรรยากาศ” Blättlerกล่าว อย่างไรก็ตามจากการค้นพบหินเกลือที่มีอายุประมาณ 2 พันล้านปีขณะนี้นักวิทยาศาสตร์มีหลักฐานว่าพวกเขาจำเป็นต้องวางข้อ จำกัด ใน GOE การค้นพบนี้ยังโชคดีมากเนื่องจากตัวอย่างเกลือหินนั้นค่อนข้างบอบบาง
ตัวอย่างที่ใช้ในการศึกษานี้ประกอบด้วยเฮไลต์ (ซึ่งเหมือนกับเคมีเกลือแกงหรือโซเดียมคลอไรด์) รวมถึงเกลืออื่น ๆ ของแคลเซียมแมกนีเซียมและโพแทสเซียมซึ่งละลายได้ง่ายเมื่อเวลาผ่านไป อย่างไรก็ตามตัวอย่างที่ได้ในกรณีนี้ได้รับการเก็บรักษาไว้เป็นอย่างดีในโลก เช่นนี้พวกเขาสามารถให้เบาะแสแก่นักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาของ GOE
มองไปข้างหน้าการศึกษาล่าสุดนี้มีแนวโน้มที่จะนำไปสู่รูปแบบใหม่ที่อธิบายสิ่งที่เกิดขึ้นหลังจาก GOE เพื่อทำให้ก๊าซออกซิเจนสะสมในชั้นบรรยากาศของเรา ในฐานะที่เป็น John Higgins ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านธรณีศาสตร์ที่ Princeton ผู้ให้การตีความการวิเคราะห์ทางธรณีวิทยาอธิบาย:
“ นี่เป็นชั้นแร่ทางธรณีวิทยา มีการถกเถียงกันมากมายว่าเหตุการณ์มหาออกซิเดชั่นซึ่งเชื่อมโยงกับการเพิ่มขึ้นและลดลงของสัญญาณทางเคมีต่าง ๆ แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในการผลิตออกซิเจนหรือเพียงแค่ขีด จำกัด ที่ข้าม บรรทัดล่างคือบทความนี้แสดงหลักฐานว่าการเติมออกซิเจนของโลกในช่วงเวลานี้เกี่ยวข้องกับการผลิตออกซิเจนจำนวนมาก ... อาจมีการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในวงจรความคิดเห็นบนบกหรือในมหาสมุทรหรือการผลิตออกซิเจนเพิ่มขึ้นอย่างมากโดย จุลินทรีย์ แต่อย่างใดมันก็น่าทึ่งกว่าที่เราเคยเข้าใจมาก่อน”
แบบจำลองเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะช่วยในการค้นหาชีวิตเกินกว่าระบบสุริยะของเรา จากการทำความเข้าใจกับสิ่งที่เกิดขึ้นบนโลกของเราเมื่อหลายพันล้านปีก่อนเพื่อให้เหมาะกับชีวิตเราจะสามารถมองเห็นเงื่อนไขและกระบวนการเดียวกันนี้บนดาวเคราะห์ดวงอื่น
