หนึ่งในความลึกลับที่ยังไม่คลี่คลายเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของโลกคือวิธีการที่โลกกลายเป็นออกซิเจนและระบายอากาศได้หลายพันล้านปีที่ผ่านมา การศึกษาใหม่กล่าวว่าผู้กระทำผิดอาจเป็นแผ่นหินยักษ์ที่ทำขึ้นจากเปลือกนอกโลก
ขณะที่จานที่เรียกว่าเหล่านี้เคลื่อนที่ในกระบวนการที่เรียกว่าแผ่นเปลือกโลกแผ่นเปลือกโลกพวกมันจะฝังซากคาร์บอนที่อุดมไปด้วยสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วใต้แผ่นเปลือกโลกอื่น ๆ ขณะที่พวกมันเลื่อนลงมาด้านล่าง ในเสื้อคลุมของโลกภายใต้เปลือกโลกคาร์บอนจะไม่สามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนปล่อยให้ส่วนประกอบสำคัญนี้อยู่ในชั้นบรรยากาศนักวิทยาศาสตร์กล่าว
จนกระทั่งเกิดการเกิดอ๊อกซิเจนอันยิ่งใหญ่ชั้นบรรยากาศของโลกเป็นส่วนผสมของไนโตรเจนคาร์บอนไดออกไซด์ไอน้ำและมีเธน จากนั้นเมื่อ 2.5 พันล้านปีก่อนกลุ่มสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเริ่มใช้คาร์บอนไดออกไซด์นั้นและผลิตออกซิเจนเป็นของเสีย แต่ออกซิเจนมีปฏิกิริยาสูง ปฏิกิริยากับพื้นผิวหินและการไหลของคาร์บอนจากซากสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วจะทำให้องค์ประกอบหมดไปอย่างรวดเร็ว
การฝังคาร์บอน
การศึกษาใหม่โดย Megan Duncan และ Rajdeep Dasgupta ที่ Rice University ในเท็กซัสกล่าวว่าคาร์บอนจากสิ่งมีชีวิตที่ตายแล้วถูกผลักภายใต้เปลือกโลกหรือ subducted เพื่อก่อกราไฟต์และเพชรโบราณ เช่นนี้ทั้งคู่กล่าวว่าเหตุการณ์ครั้งใหญ่ที่เกิดจากการเติมออกซิเจนครั้งใหญ่นั้นเกิดจากการเริ่มต้นของการแปรสัณฐานแผ่นเปลือกโลก "สมัยใหม่" ซึ่งเปลือกโลกถูกแบ่งออกเป็นแผ่นเปลือกโลกขนาดใหญ่ที่ชนกระแทกและเลื่อนไปมา
กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพเพียงพอที่คาร์บอนไม่มีเวลาทำปฏิกิริยากับออกซิเจนดังนั้นออกซิเจนซึ่งเป็นของเสียของสิ่งมีชีวิตยุคแรกทั้งหมดอยู่ในชั้นบรรยากาศและสะสมอยู่ใกล้ระดับที่เห็นในปัจจุบัน ผลที่ได้: ชั้นบรรยากาศตอบสนองต่อนักหายใจออกซิเจนในอนาคต
"งานนี้เริ่มต้นด้วยการพิจารณากระบวนการที่เกิดขึ้นในเขตมุดตัวในวันนี้" ดันแคนกล่าวกับ Live Science แล้วสงสัยว่าเกิดอะไรขึ้นในเขตมุดตัวโบราณ
ดันแคนใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ของชั้นบรรยากาศแสดงปฏิกิริยาระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ เมื่อทั้งสองตอบสนองพวกเขาสร้างออกซิเจนโมเลกุล (ประกอบด้วยออกซิเจนสองอะตอม) และฟอร์มาลดีไฮด์ (สารประกอบที่ประกอบด้วยคาร์บอนไฮโดรเจนและออกซิเจน) ฟอร์มาลดีไฮด์ไม่จำเป็นต้องเป็นสิ่งมีชีวิตจริง ๆ มันเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบคาร์บอนอินทรีย์ที่ซับซ้อนมากขึ้นดันแคนกล่าว
ตามปกติปฏิกิริยานั้นจะมีความสมดุล วัฏจักรออกซิเจนกลับไปสร้างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำมากขึ้นทำให้ชั้นบรรยากาศปราศจากออกซิเจน นั่นคือสิ่งที่แผ่นเปลือกโลกแผ่นมาในนักวิจัยกล่าวว่า จากการศึกษาใหม่แผ่นผลักผลักดันฟอร์มัลดีไฮด์ใต้ดินทั้งหมดออกจากอากาศด้วยออกซิเจนมากขึ้น ในขณะเดียวกันหากปราศจากฟอร์มัลดีไฮด์ขับปฏิกิริยาทางเคมี "สมดุล" CO2 พิเศษจะยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศช่วยให้ผู้หายใจ CO2 สามารถเจริญเติบโตและผลิตออกซิเจนได้มากขึ้นเหมือนของเสียนักวิจัยพบในแบบจำลองคอมพิวเตอร์
การรักษาคาร์บอนในการตรวจสอบ
เพื่อตรวจสอบสมมติฐานของพวกเขานักวิจัยใช้ทั้งการวัดคาร์บอนที่เก่ากว่าในเปลือกโลกโบราณและการทดลองในห้องปฏิบัติการ ยกตัวอย่างเช่นเพชรโบราณมีคาร์บอน -13 จำนวนหนึ่งไอโซโทปคาร์บอนที่พบในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต ข้อมูลดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนอินทรีย์จำนวนหนึ่งทำให้มันกลายเป็นเสื้อคลุม (ใต้เปลือกโลก) อย่างชัดเจน
คำถามต่อไปคือคาร์บอนจะอยู่ที่นั่นหรือไม่ ดันแคนละลายชิ้นส่วนของแก้วซิลิเกตและเติมกราไฟต์ลงไป แก้วจำลองเปลือกโลกโบราณและกราไฟต์แทนคาร์บอนจากสิ่งมีชีวิตดันแคนกล่าว จากนั้นเธอเพิ่มความดันและอุณหภูมิเริ่มต้นที่ความดันบรรยากาศ 14,800 แห่งและเพิ่มขึ้นเป็น 29,000 บรรยากาศ (นั่นคือ 435,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ผลการศึกษาพบว่าคาร์บอนสามารถละลายในหินภายใต้เงื่อนไขที่น่าจะมีอยู่ในเนื้อโลกในยุคแรก ผลการศึกษายังแสดงให้เห็นว่าคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะอยู่ภายใต้เปลือกโลกเป็นเวลาหลายล้านปีก่อนที่ภูเขาไฟจะปะทุออกมาอีกครั้ง
การปักหมุดกลไกที่แน่นอนสำหรับกิจกรรมการเติมออกซิเจนครั้งยิ่งใหญ่นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย Duncan กล่าวและมีแนวโน้มว่าจะเกี่ยวข้องกับกลไกหลายอย่างไม่ใช่เพียงแค่กลไกเดียว สิ่งหนึ่งที่ท้าทายคือระยะเวลาที่เริ่มมุดตัวเธอกล่าว
“ หากกระบวนการแปรสัณฐานแผ่นเปลือกโลกที่ทันสมัยมีการใช้งานอยู่เสมอมันไม่ได้ผล” ดันแคนกล่าว หลักฐานอื่น ๆ ดูเหมือนว่าแสดงว่าโลกยุคแรกอาจไม่มีการแปรสัณฐานแผ่นเปลือกโลกในขั้นต้นและกระบวนการเริ่มต้นในภายหลัง Duncan กล่าวเสริม
"มันยังขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ที่ถูกกำจัดออกจากพื้นผิว" ดันแคนเขียนในอีเมล "ปริมาณคาร์บอนอินทรีย์ที่ผลิตได้ที่พื้นมหาสมุทร (ซึ่งขึ้นอยู่กับเคมีในมหาสมุทรโบราณ) เรารู้ว่ามันเกิดขึ้นวันนี้เราสามารถออกไปวัดได้เราเห็นมันในหินโบราณและในเพชรดังนั้นเราจึง เชื่อว่าคาร์บอนออร์แกนิกถูกนำเสนอและ subducted ตลอดประวัติศาสตร์ของโลก "
ปัญหาคือการ จำกัด ที่แน่นอนเกี่ยวกับจำนวนและวิธีการที่รวดเร็วเธอพูด
ทิมลียงศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียริเวอร์ไซด์เห็นด้วยว่าการเชื่อมโยงโมเดลนี้กับบันทึกที่รู้จักกันในหินเป็นเรื่องท้าทาย “ หนึ่งในคำถามของฉันคือว่าข้อมูลเหล่านั้นสามารถเชื่อมโยงกับบันทึกที่แข็งแกร่งสำหรับประวัติของการมึนงงหรือไม่” Lyons กล่าว
“ มีกลไกหลายอย่างที่เสนอให้ก่อให้เกิด GOE; ด้วยตัวของมันเองไม่มีใครสามารถสร้างขนาดของการเพิ่มขึ้นของ O2 ที่สังเกตจากบันทึกได้อีกด้วย” ดันแคนกล่าว อาจเป็นไปได้ว่าการรวมกันของกลไกหลายอย่างรวมถึงการมุดตัวที่ทำให้ระดับ O2 เพิ่มขึ้นและได้รับการบำรุงรักษาตลอดเวลาที่เหลือของประวัติศาสตร์โลก
การศึกษาปรากฏขึ้น (25 เมษายน) ในวารสาร Nature Geoscience
