Кога се е появил кислородът в океана? Нови доказателства за Голямото кислородно събитие
Голямото кислородно събитие, настъпило преди към 2,4-2,2 милиарда години, се счита за повратна точка в историята на планетата. В земната атмосфера, която преди този момент е била без О2, стартира да се натрупва свободен О2. Това се удостоверява от геоложките данни.
Голямото (на някои места Великото) кислородно събитие (G.O.E.) е основен миг в историята на Земята, преди към 2.4 милиарда години, когато цианобактериите стартират да създават О2 посредством фотосинтеза, насищайки атмосферата и океаните, което води до първото всеобщо измиране на анаэробните (безкислородни) организми, само че и проправя пътя за еволюцията на комплицирания, кислород-зависим живот, като в същото време провокира и „ Кислородната злополука “ или „ Ледниковия интервал “ с изгубването на парниковия метан
При океаните обаче обстановката е по-сложна. Дали повишението на концентрацията на О2 във въздуха е означавало, че и водата автоматизирано се е насищала с окислителя? Ново проучване на геолози от Съединени американски щати, Китай, Южна Африка и Обединеното кралство дава негативен отговор на въпроса за мигновеността, само че позитивен отговор на въпроса за неизбежността. С помощта на разбор на изотопите на ванадия учените са открили точния миг, в който повърхностните води на океана са минали сериозния предел на окисляване.
Проблемът с „ невидимия “ период
Учените дефинират съществуването на О2 в античната атмосфера по изгубването на характерни признаци в скалите – всеобщо без значение фракциониране на изотопите на сярата. Когато тези аномалии изчезват от геоложкия запис (преди към 2,32 милиарда години), това е явен маркер: в атмосферата се е появил О2.
Но какво се е случвало във водата? Съществува празнота в познанията за интервала сред 2,43 и 2,22 милиарда години. Традиционните способи даваха спорни данни: някои посочваха колебаещи се равнища на О2, а други – цялостна аноксия (условия без кислород). Биосферата се нуждае освен от следи от О2, само че и от непрекъсната централизация на О2.
Ванадият като знак
За да реконструират химичния състав на античните морета, създателите на проучването са употребявали изотопи на ванадия. Този способ работи с помощта на химичните свойства на детайла:
Редокс чувствителността: ванадият трансформира държанието си според от това дали във водата има О2. Поведението при липса на О2: при аноксични условия ванадият се редуцира и интензивно се трансферира от водата към дънните седименти. Това трансформира изотопния състав на останалата морска вода. Кислородно държание: при концентрации на разперен О2 над 10 микромола ванадият се свързва с стоманените и мангановите оксиди. Това води до друга изотопна смяна.Анализирайки шисти на възраст 2,32-2,26 милиарда години от групировката Трансваал (Южна Африка), откривателите съумяват да разчетат състава на морската вода по това време.
Колебанията в сигнатурата на S-MIF (Δ33S) наблюдават вероятните промени в равнищата на O2 в атмосферата преди ~2,22 милиарда години Критичната смяна: преди 2,32 милиарда години
Данните демонстрират трагична позитивна смяна в изотопния състав на ванадия в пластовете, съответстваща на възраст от 2,32 милиарда години.
Преди този интервал океанът е бил най-вече аноксичен. Ванадият се е отделял от водата единствено при редуциращи условия. Но преди 2,32 милиарда години механизмът се е трансформирал. Изотопната смяна демонстрира световно разширение на морските зони, в които концентрацията на разперен О2 е надвишавала прага от 10 µM.
Това не значи, че целият океан се е наситил с О2. Дълбочините са останали безкислородни и богати на желязо. Но плитките шелфове, най-биологично продуктивните зони, се насищат непрекъснато с О2. Водата в тези зони влиза в равновесие с богатата на О2 атмосфера.
Реките са главният източник на ванадий, който попада в океана (синята стрелка) Връзката с другите детайли
Новите данни за ванадия са в сходство с по-ранните данни за изотопите на талия. Изотопите на талия демонстрират погребение на мангановите оксиди, което също изисква О2. Ванадият обаче дава по-точна количествена оценка: той удостоверява, че кислородът е бил задоволителен освен за окисляването на мангана, само че и за поддържането на постоянна централизация над 10 µM.
Преди ~2,32 милиарда години, по време на натрупването на седименти в горната част на Rooihoogte Formation и долната част на Timeball Hill, атмосферното налягане на кислорода (pO2 < 10-⁶ PAL, т.е. по-малко от една милионна част от актуалните нива) е благоприятствало запазването на масово-независимото фракциониране на серните изотопи (S-MIF) Защо би трябвало да знаем това?
Това изследване запълва значима празнота в разбирането ни за еволюцията на Земята.
Синхронизиране: Окисляването на повърхностния океан е настъпило съвсем по едно и също време с окончателното окисляване на атмосферата. Това демонстрира, че системата атмосфера-океан е реагирала бързо. Стабилност: смяната е била еднопосочна. От преди 2,32 милиарда години насам кислородните оазиси в плитките води се уголемяват, с цел да се трансфорат в непрекъсната характерност на планетата. Биологичните последствия: постоянното съществуване на О2 (повече от 10 µM) в повърхностните води е основало основа за развиването на по-сложен живот. Еукариотите, които се нуждаят от повече сила и затова от кислородно дишане, се сдобили с нужните местообитания.Заключение
Геологията демонстрира, че е имало комплициран химичен развой на преустрояване на всички планетарни резервоари. Ванадиевите изотопи удостоверяват: преди 2,32 милиарда години океанските шелфове са престанали да бъдат мъртви зони и са се трансформирали в химически дейна среда, подготвена да поддържа аеробен живот. Световният океан дълго време е оставал аноксичен в дълбочина, само че повърхността към този момент е дишала.
(function() { const banners = [ // --- БАНЕР 1 (Facebook Messenger) --- `