Mikor kezdődött az oxigénforradalom?

Korábban a kutatók azt gondolták, hogy a légkör oxigénkoncentrációja mintegy 2, 3-2, 4 milliárd évvel ezelőtt nőtt meg annyira, hogy elérte a mai érték közel egy százalékát, és ezzel lehetővé vált a légzés. Mi okozhatta ezt a „hirtelen” növekedést? A kutatók világszerte keresik a választ erre a kérdésre. Most úgy tűnik egy újabb magyarázat született, sőt, azt is kimutatták, hogy az ún. oxigénforradalomra mintegy 50-100 millió évvel korábban került sor, mint azt eddig gondolták.

„Kevés hely van a Földön, ahol találunk olyan vizsgálatra alkalmas idős kőzeteket, amelyek nem alakultak át” – nyilatkozta a nemzetközi hírügynökségeknek Alan Kaufman, a Maryland Egyetem kutatója. Az egyik ilyen ritka terület a Hamersley-medence Északnyugat-Ausztráliában, ahol 2, 5 milliárd éves tengeri üledék található.

Egy közel ezer méteres fúrásminta segítségével Kaufman és kutatócsoportja rámutatott arra, hogy már mintegy 50-100 millió évvel a légköri oxigén mennyiségének megugrása előtt legalább az óceán felső rétegében jelentősebb mennyiségű oxigén volt, mint azt korábban gondolták.

A kutatók a kőzet ásványi összetételét vizsgálták, elsősorban a kén izotópokat. „A kén eloszlása ugyanis jól mutatja, hogy volt-e jelen oxigén, amely befolyásolta volna a kén-körforgást” – írják a kutatók a Science nevű szaklapban publikált cikkükben. A kén atommagja 16 protonból és 16 neutronból áll, de egyes izotópoknál a neutronok száma 17, 18 vagy 20 is lehet. Ezeknek az izotópoknak az aránya a környezet oxigéntartalmától függ, ez pedig utal a keletkezéskor uralkodó környezeti viszonyokra.

A furat középső részén jelentős változást figyeltek meg a kutatók. Az alsó részben a sziderit (vaskarbonát ásvány) dominált, amely oxigénszegény környezetben keletkezik. A felső, fiatalabb részben viszont nagy mennyiségű kalcit volt, és nőtt a szerves anyag mennyisége is. Ez a változás a kénizotópok eloszlásában is megmutatkozik, ami utal az oxigén jelenlétére.

Az élhető Föld?

Mintegy 2, 1-2, 2 milliárd éve a levegő és a tengervíz nagyon kevés oxigént tartalmazott. A szárazföldön a kén és az oxigén szulfáttá alakult. A tengerben a baktériumok a szerves anyagok lebontása során a szulfátot újra kénné alakították. A tengervíz talán már ekkor az oxigéntartalom szerint rétegződött. A szárazföldekhez közeli vizekben élő algák fotoszintézise növelte az oxigén mennyiségét.

A kutatók megvizsgálták a kőzetminta molibdéntartalmát is, ugyanis akárcsak a kénnek, ennek az eloszlása is függ az oxigéntől. A vizsgálatok kimutatták, hogy ahol a kénkoncentráció változik, és nő az oxigén is, ott a molibdén mennyisége is nő.

A molibdén mennyiségének változására elméletileg más magyarázat is létezik. Például a Föld belsejéből feltörő forró gázok révén juthatott a tengervízbe. „Viszont akkor vasnak és mangánnak is a tengerbe kellett volna jutnia, de mindkettő hiányzik a fúrásmintából. „Ezért valószínűbb, hogy a molibdén-szulfidok a légkörben lebomlottak, és eközben oxigén szabadult fel” – vélik a kutatók.

A kutatók összehasonlították adataikat egy hasonló, Dél-Afrikában vett fúrásmintával. Ez megerősítette az elméletüket. „Úgy tűnik az oxigénforradalom nem a fotoszintézis eredménye volt, hanem már korábban megkezdődött az oxigénkoncentráció növekedése, mégpedig geológiai folyamatok révén” – vélik a kutatók.

A Bonni Egyetemen Christian Ballhaus és kutatócsoportja úgy véli, hogy a majorit ásvány volt a fő „oxigéntermelő” a földtörténet e korai szakaszában. Ez a szilikátásvány magas nyomáson és hőmérsékleten keletkezik a földköpeny felső részében, a nyomás növekedésével a majorit oxigénmegkötő képessége nő. A kőzetanyag feláramlása során viszont a majorit is a felszín közelébe került, ahol a nyomáscsökkenés miatt felszabadult az oxigén, és bekerült a földfelszíni körforgásba.

Az eddigi eredményeket egészíti majd ki az a jelenleg folyó kutatás, melynek vezetője Victor Melezhik, a Norvégiai Geológiai Intézet szakértője. A kutatócsoport Északnyugat-Oroszországban vesz fúrásmintákat ötszáz méter mélységből, és szintén az „oxigénforradalomra” keresi a választ.