Vulkánok állnának a földi légkör oxigénje mögött?

Jelen tudásunk szerint bolygónk légköre kb. 2,5 milliárd évvel ezelőtt vált oxigénben gazdaggá annak köszönhetően, hogy megugrott a fotoszintetizáló mikrobák száma. Egy kutatócsoport, amelynek munkáját a Tokiói Egyetem szakemberei vezették, arra talált magyarázatot, hogy ezt az eseményt megelőzően miként kerülhetett a légkörünkbe nagyobb mennyiségű oxigén egy-egy rövidebb időszakra.

Sokan úgy vélik, e korábbi oxigén-szusszanások nélkül nem indulhatott volna be a későbbi fotoszintetizáló mikrobákhoz kötött folyamat. A kutatók szerint a vulkáni tevékenység olyan körülményeket teremthetett, amelyek hatására felgyorsulhattak egyes oxigént termelő folyamatok.

Az óceáni mikrobák szerepe kulcsfontosságú volt a légköri oxigén fejlődésében. Azonban ez nem jelenthetett azonnali emelkedést, mivel korlátozottan állt rendelkezésre néhány tápanyag, mint például a foszfát, ez pedig fékezte a fotoszintetizálni képes cianobaktériumok élettevékenységét” mondta el Tadzsika Eiicsi professzor, a kutatás vezetője.
„Valószínűleg valamilyen nagyszabású geológiai esemény tudta csak tápanyagokkal felduzzasztani az óceánokat, beleértve a kontinensek gyarapodását, illetve, amint a tanulmányunkban leírjuk, intenzív vulkáni tevékenységet, amelyről egyébként tudjuk, hogy meg is történt.

A kutatók modellszámításokkal vizsgálták meg a 3-2,5 milliárd évvel ezelőtti időszak során lezajlott biológiai, kémia és geológiai változásokat.

Arra jutottak, hogy az intenzív vulkanizmus miatt a légkörben felszaporodó szén-dioxid felmelegítette a bolygót, megnövelte az óceánokba jutó tápanyagok mennyiségét, ezzel serkentette a tengeri élővilág (ekkor még kizárólag egysejtűek voltak) élettevékenységét. Ezek az élőlények azután kis időre megnövelték a légköri oxigén mennyiségét is, azonban ez még nem volt stabil légköri oxigén, csak rövidebb időszakokban meg-megemelkedett.

A kutatók szerint amiatt fontos megérteni ezeket az oxigén-szusszanásokat, mert ezek segítségével lehet behatárolni, hogy mikor törhettek előre a fotoszintetizáló mikrobák. Ezeknek a szusszanásoknak a nyomait a különféle ásványok őrzik, amelyek érzékenyek a légköri oxigén mennyiségére, így meg lehet találni a nyomaikat a kőzetekben.

A legnagyobb kihívást az jelentette, hogy olyan modellt készítsenek a kutatók, amelyben szimulálni lehetett a komplex és dinamikus biogeokémiai ciklusokat a földtörténeti archaikum időszakában. A kifejlesztett modellt aztán majd lehet alkalmazni olyan számításokhoz is, amelyek az archaikum illó anyagokban gazdag vulkánkitöréseit követő egyéb eseményeit szimulálják.

Az egyes oxigén-szusszanások 1-10 millió éven keresztül tarthattak, és attól függően változott a hosszuk, hogy a nagy magmás provinciák (LIP) vulkánkitörései meddig tartottak, és ezekből milyen mennyiségű szén-dioxid került a légkörbe. Szintén befolyásolta a szusszanásokat az, hogy mekkora volt a kontinensek kiterjedése az adott időszakban. Ez utóbbinak abban volt szerepe, hogy az óceánokba jutó foszfor mennyiségét behatárolta, így a mikrobák tápanyagait biztosította.

Vannak ellentétes vélemények is az oxigén-szusszanások létét illetően. Egy 2022-es kutatásban arra jutottak, hogy amit a kőzetekben az ősidőben lezajlott oxigénszint-emelkedések nyomainak véltek, azok az ásványi nyomok utólag alakultak ki, jóval azt követően, hogy a kőzetrétegek lerakódtak. Ezt azzal támasztották alá, hogy a kőzet mikroszkopikus repedéseiben voltak csak jelen a kérdéses ásványok, ezek pedig igen könnyen kialakulhattak a kőzetek létrejötte után.

A tudományos viták ezzel nem zárultak le, még az oxigén-szusszanások eredeti elméletét felállító kutatók is reagáltak ezekre az ellenvetésekre. A most elvégzett japán modellszámítások ismét amellett érvelnek, hogy igenis jelen lehettek ezek a rövid ideig tartó, kissé megemelkedő légköri oxigénszinttel járó időszakok.