Το οξυγόνο στον πλανήτη, υπήρχε 50 με 100 εκατ. χρόνια πριν την ολοκληρωτική μετατροπή της αναγωγικής ατμόσφαιρας σε οξειδωτική

Συντάχθηκε απο τον/την Administrator

Δευτέρα, 16 Ιούνιος 2008 05:14

Το οξυγόνο στον αρχέγονο πλανήτη υπήρχε 50 με 100 εκατομ. χρόνια πριν τη στιγμή της μεγάλης ανόδου του στον πλανήτη. Αυτή η ανακάλυψη ενισχύει τη θέση ότι οι οργανισμοί έμαθαν να παράγουν οξυγόνο πριν τη Μεγάλη Οξείδωση

Δύο πολυεθνικές ομάδες επιστημόνων στους οποίους συμπεριλαμβάνονται τέσσερις ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα ανακοίνωσαν ότι ίχνη

οξυγόνου εμφανίστηκαν στην ατμόσφαιρα 50 με 100 εκατομμύρια χρόνια, πριν το «Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης» Το γεγονός αυτό συνέβη μεταξύ των 2,3 και 2,4 δισεκατομμυρίων ετών για το οποίο οι περισσότεροι γεωεπιστήμονες συμφωνούν ότι το ατμοσφαιρικό οξυγόνο αυξήθηκε απότομα από τα πολύ χαμηλά επίπεδα στα οποία βρισκόταν. Τα ποσά του οξυγόνου πριν από το χρονικό διάστημα είναι αβέβαια και αποτελούν αντικείμενο διαφωνιών.
Από την ανάλυση στρωμάτων ιζηματογενών πετρωμάτων στην λεκάνη Hamersley της Δυτικής Αυστραλίας οι ερευνητές αναφέρουν ότι βρήκαν αποδείξεις ότι μικρά αλλά σημαντικά ποσά οξυγόνου υπήρχαν στους ωκεανούς, ίσως όμως και στην ατμόσφαιρα 2.5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Τα δεδομένα συγκλίνουν επίσης ότι πριν αυτή τη χρονική στιγμή το οξυγόνο, πρακτικά είναι μη ανιχνεύσιμο.
«Πιστεύουμε ότι συλλάβαμε μια στιγμή του χρόνου πριν από το “Mεγάλο Γεγονός Οξείδωσης” κατά το οποίο άλλαξε πραγματικά η ποσότητα του οξυγόνου στον πλανήτη» λέει ο Ariel Anbar, επίκουρος καθηγητής της Χημείας και της Βιοχημείας στο College of Liberal Arts and Sciences. Ο Anbar, ως βιογεωχημικός διηύθυνε τις εργασίες μιας ερευνητικής ομάδας και συμμετείχε ως μέλος σε μια άλλη ερευνητική ομάδα της οποίας Alan Jay Kaufman, επίκουρος καθηγητής της Γεωλογίας στο Πανεπιστήμιο του of Maryland. Οι ομάδες συνεργάστηκαν στην ανάλυση στηλών γεωτρήσεων ως προς γεωχημικούς και βιολογικούς δείκτες που αντιστοιχούν στο χρονικό διάστημα αμέσως πριν την άνοδο της ποσότητας του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα.

Διατρυπώντας βαθειά μέσα στο χρόνο

Το καλοκαίρι του 2004, οι ομάδες ως τμήμα του Προγράμματος Βαθείας Διατρήσεως στο Χρόνο διέτρησαν την γεωλογικά διάσημη λεκάνη του Hamersley , σε βάθος 908 μέτρων. Η διάτρηση διευθύνθηκε από τον Roger Buick, καθηγητή στο Πανεπιστήμιο της Washington, ο οποίος ανέπτυξε την ιδέα του προγράμματος, μαζί με τον Anbar.
Ο Anbar σημειώνει ότι «Η διατρητική στήλη μας προμηθεύει μια συνεχή καταγραφή των περιβαλλοντικών συνθηκών που επικρατούσαν στη γη, κάτι δηλαδή ανάλογο της λειτουργίας μιας μαγνητοταινίας, καθώς μας βοηθά να ανακτήσουμε δεδομένα από τα μεγάλα βάθη του υπεδάφους τα οποία αντλούνται από υλικά που έμειναν ανεπηρέαστα από την ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών.»
Μετά τη διάτρηση οι επιστήμονες οι επιστήμονες τεμάχισαν κατά μήκος του μεγάλου άξονα της, τη στήλη που ανέσυραν. Το ένα μισό φυλάσσεται στη Γεωλογική Εταιρεία της Δυτικής Αυστραλίας, ενώ το άλλο μισό αποδόθηκε στην έρευνα.
Ο Anbar και η ερευνητική ομάδα του ξεκίνησαν την ανάλυση επιλεγμένων ζωνών του ύστερου αρχαιοζωικού που εντοπίζονταν στα επάνω 200 μέτρα της διατρητικής στήλης. Στις ζώνες αυτές οι επιστήμονες ανέλυσαν τις ποσότητες ιχνοστοχείων, όπως το μολυβδαίνιο, το ουράνιο και το ρένιο, καθώς οι ποσότητές τους στους ωκεανούς και τα ιζηματογενή πετρώματα, εξαρτώνται από την ποσότητα του οξυγόνου στο περιβάλλον.
Χρησιμοποιώντας προωθημένες τεχνικές και όργανα του Εργαστηρίου Περιβαλλοντικής Βιογεωχημείας του ιδρύματος Κeck, η ομάδα του Anbar πήρε δείγματα πετρωμάτων τα κονιορτοποίησε, διέλυσε την σκόνη σε οξέα και ατμοποίησε τα διαλύματα οξέων που προέκυψαν ώστε να αναλυθούν σε ένα σπεκτροφωτόμετρο μάζας. Ο σκοπός τους ήταν να χαρακτηρίσουν τη φύση του περιβάλλοντος και της ζωής στους ωκεανούς που οδήγησαν στο “Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης”.
Ωστόσο δεν περίμεναν πάρα πολλά από τις αναλύσεις αυτές: «Περιμέναμε ότι οι αναλύσεις αυτές δεν θα είχαν μεγάλο ενδιαφέρον» λέει ο Arnold, ένα άλλο μέλος της ομάδας του Πανεπιστημίου του Maryland, που μελέτησε την χημεία του θείου στα ίδια δείγματα και ο Anbar εξηγεί: «Η ομάδα του Maryland ξεκίνησε την έρευνα πρώτη, καθώς επειγόταν να δοκιμάσει μια νέα μέθοδο που μόλις είχαν αναπτύξει. Έτσι ξεκίνησαν ανακαλύπτοντας περίεργες παραλλαγές στη χημεία του θείου των δειγμάτων. Επιταχύναμε την έρευνα μας στην κατεύθυνση του να ανακαλύψουμε αν υπάρχουν παραλλαγές και στην ποσότητα των μετάλλων στις ίδιες θέσεις. Και πράγματι αυτό βρήκαμε: Έτσι αντί η έρευνα μας να καταλήξει σε αδιάφορα στοιχεία, κατέληξε στην ανακάλυψη της μεγάλης μεταβολής.» Και προσθέτει: «Η εύρεση αποδείξεων της ύπαρξης οξυγόνου 50 με 100 εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα απ’ όσο πιστεύαμε μέχρι πρόσφατα, ήταν πράγματι κάτι απροσδόκητο».

Λίγο πριν το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης
«Για το πρώτο μισό της ιστορίας της Γης, πριν 4,56 δισεκατομμύρια χρόνια, το περιβάλλον δεν είχε σχεδόν καθόλου οξυγόνο, εκτός από αυτό που ήταν ενωμένο με το υδρογόνο του νερού, το πυρίτιο ή άλλα στοιχεία των πετρωμάτων. Στη συνέχεια, κάπου 2,3 με 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια μετά, η ποσότητα του οξυγόνου αυξήθηκε απότομα στην γήινη ατμόσφαιρα και τους ωκεανούς, δηλαδή συνέβη αυτό που ονομάζουμε Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης», λέει Anbar.
Το γεγονός αυτό αντιπροσώπευε ένα μεγάλο βήμα στην ιστορία της Γης, αλλά η αιτία του παραμένει αδιευκρίνιστη. Πώς η γήινη ατμόσφαιρα μετατράπηκε από αναγωγική σε οξειδωτική, γιατί αυτή η μεταβολή έγινε τόσο γρήγορα και γιατί σταθεροποιήθηκε στο σημερινό 21% κ.ο. του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα;
Ο Carl Pilcher διευθυντής του Αστροβιολογικού Ινστιτούτου της NASA, που επίσης λαμβάνει μέρος στην έρευνα λέει: «Μελετώντας τη δυναμική της ανάδυσης της παρουσίας του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης, βάθυνε η εκτίμησή μας για την σύνθετη αλληλεπίδραση ανάμεσα στη Βιολογία και τη Γεωχημεία. Τα αποτελέσματα παρέχουν σαφείς αποδείξεις ότι ο πλανήτης μας και η ζωή πάνω του, εξελίχθηκαν ταυτόχρονα».
Μια πιθανή ερμηνεία των ευρημάτων είναι ότι αρχαίοι πρόγονοι των σημερινών φυτών παρήγαγαν οξυγόνο με τη φωτοσύνθεση. Ωστόσο πολλοί γεωεπιστήμονες πιστεύουν ότι η παραγωγή οξυγόνου είχε αρχίσει πολύ νωρίτερα, αλλά ότι το μεγαλύτερο μέρος από αυτό καταναλωνόταν σε αντιδράσεις με τα αέρια και τα πετρώματα των ηφαιστείων.
«Αυτό που έχουμε τώρα στα χέρια μας είναι δύο γραμμές αποδείξεων ότι υπήρχε οξυγόνο στο περιβάλλον 50 με 100 εκατομμύρια χρόνια πριν τη στιγμή της μεγάλης ανόδου του οξυγόνου στον πλανήτη. Αυτή η ανακάλυψη ενισχύει τη θέση ότι οι οργανισμοί έμαθαν να παράγουν οξυγόνο πριν τη Μεγάλη Οξείδωση και ότι η αύξηση του στην ατμόσφαιρα, τελικώς ελέγχθηκε από γεωλογικές διεργασίες» λέει ο Anbar και προσθέτει:
«Η γνώση αυτή είναι σχετική με τις σημερινές παγκοσμιοποιημένη μελέτη των περιβαλλοντικών και κλιματολογικών ζητημάτων, επειδή μας βοηθά να κατανοήσουμε τις σχέσεις ανάμεσα στη Βιολογία, τη Γεωλογία και τη σύσταση της ατμόσφαιρας» σημειώνει ο Anbar και προσθέτει: «Έχει επίσης εφαρμογές στην έρευνα για την ύπαρξη ζωής σε άλλους πλανήτες που βρίσκονται έξω από το ηλιακό μας σύστημα, καθώς στο άμεσο μέλλον, ο μόνος τρόπος να βρεθούν ενδείξεις για ζωή σε τόσο απομακρυσμένους τόπους, είναι η εύρεση των αποτυπωμάτων της βιολογίας στη σύσταση των ατμοσφαιρών τους» και τελειώνει λέγοντας: «Δεν είμαστε μακριά από το να παρατηρούμε πλανήτες που μοιάζουν με τον δικό μας σε οποιοδήποτε σημείο του γαλαξία και να χρησιμοποιούμε τηλεσκόπια, προκειμένου να μετρούμε τη περιεκτικότητα της ατμόσφαιράς τους σε οξυγόνο. Αν διαπιστώσουμε ότι κανένας από τους πλανήτες αυτούς δεν πέρασε από ένα Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης, ποια θα είναι η σημασία αυτού του ευρήματος για τη ζωή; Είναι δεδομένο ότι η εξέλιξη των οργανισμών που παρήγαγαν οξυγόνο, οδήγησε σε μια πλούσια σε οξυγόνο ατμόσφαιρα; Τα αποτελέσματα μας δείχνουν ότι η σύνδεση αυτή δεν είναι τόσο απλή όσο φαίνεται».
«Αυτά τα αποτελέσματα αποτελούν την κορύφωση μιας επιτυχούς προσπάθειας να ανακτηθεί το κατάλληλο υλικό από τα πετρώματα, ώστε να ελεγχθούν υποθέσεις σχετικές με την εξέλιξη των βιογεωχημικών κύκλων στην πρώιμη Γη, που είναι σε ένα μεγάλο βαθμό άγνωστη» λέει η Enriqueta Barrera, διευθύντρια του προγράμματος στο Τμήμα Γεωεπιστημών του National Science Foundation (NSF).
Μεταξύ των μελών της ερευνητικής ομάδας του Anbar, ο Lyons σημειώνει: «Εκπλαγήκαμε από την εύρεση αποδείξεων αυξημένης σύστασης οξυγόνου σε τόσο παλαιά πετρώματα, και επίσης από το γεγονός ότι δύο ανεξάρτητες γραμμές αποδείξεων υποδεικνύουν ότι η δραματική μεταβολή της περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας και η σχέση της με την εμφάνιση της ζωής ξεκίνησε πολύ νωρίτερα απ’ όσο πιστεύαμε καθώς και ότι είναι πολύ περισσότερο σύνθετη απ’ όσο φανταζόμαστε».

www.biology4u.gr

ΑΦΙΕΡΩΜΑΤΑ

ΔΙΚΤΥΟ-ΠΕΡΙΠΛΑΝΗΣΕΙΣ