Dünya’nın Oksijeni Nereden Geldi? Yeni Çalışma Beklenmedik Bir Kaynağa İşaret Ediyor

Dünya'nın atmosferindeki oksijen miktarı, onu yaşanabilir bir gezegen yapar.

Atmosferin yüzde yirmi biri bu hayat veren elementten oluşur. Ancak derin geçmişte - 2,8 ila 2,5 milyar yıl önceki Neoarkeen dönemine kadar - bu oksijen neredeyse yoktu.

Peki, Dünya'nın atmosferi nasıl oksijenlendi?

Nature Geoscience'da yayınlanan araştırmamız, cezbeden yeni bir olasılık ekliyor: Dünya’nın ilk oksijeninin en azından bir kısmı, yer kabuğunun hareketi ve yıkımı yoluyla tektonik bir kaynaktan geldi.

 

Arkeen Dünyası

Arkeen dönemi, 2,5 milyar yıl öncesinden dört milyar yıl öncesine kadar, gezegenimizin tarihinin üçte birini temsil eder.

Bu yabancı Dünya, yeşil okyanuslarla kaplı, metan sisi ile örtülü ve çok hücreli yaşamdan tamamen yoksun bir su dünyasıydı. Bu dünyanın diğer bir yabancı yönü de tektonik faaliyetinin doğasıydı.

Modern Dünya'da, baskın tektonik aktiviteye levha tektoniği denir, okyanus kabuğu - Dünya'nın okyanusların altındaki en dış katmanı - yitim zonu adı verilen yakınsama noktalarında Dünya'nın mantosuna (yer kabuğu ile çekirdek arasındaki alan) batar. Bununla birlikte, levha tektoniğinin Arkeen döneminde işleyip işlemediği konusunda önemli tartışmalar var.

Modern yitim zonlarının bir özelliği de oksitlenmiş magmalarla ilişkileridir. Bu magmalar, oksitlenmiş tortular ve dip suları - okyanus tabanına yakın soğuk, yoğun su - Dünya'nın mantosuna girdiğinde oluşur. Bu, yüksek oksijen ve su içerikli magmalar üretir.

Araştırmamız, Arkeen dip sularında ve tortularda oksitlenmiş maddelerin yokluğunun oksitlenmiş magma oluşumunu önleyip önleyemeyeceğini test etmeyi amaçladı. Neoarkeen magmatik kayaçlarında bu tür magmaların tanımlanması, yitim ve levha tektoniğinin 2,7 milyar yıl önce meydana geldiğine dair kanıt sağlayabilir.

 

Deney

Winnipeg, Manitoba'dan uzak doğu Quebec'e kadar 2000 km boyunca uzanan en büyük korunmuş Arkeen kıtası olan Superior Eyaleti’nin Abitibi-Wawa alt bölgesinden 2750 ila 2670 milyon yıllık granitoid kayaç örneklerini topladık. Bu, Neoarkeen döneminde üretilen magmaların oksidasyon seviyesini araştırmamıza olanak sağladı.

Korunmuş en büyük Arkeen kıtasından toplanan 2750 ila 2670 milyon yıllık granitoid kayaçlar, Dünya'nın oksijeninin başlangıç hikayesini ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir.

 

Magma veya lavın soğuması ve kristalleşmesi yoluyla oluşan bu magmatik kayaçların oksidasyon durumunu ölçmek zordur. Kristalleşme sonrası olaylar, bu kayaçları daha sonraki deformasyon, gömme veya ısıtma yoluyla değiştirmiş olabilir.

Biz de bu kayaçlardaki zirkon kristallerinde bulunan mineral apatite bakmaya karar verdik. Zirkon kristalleri, kristalleşme sonrası olayların yoğun sıcaklık ve basınçlarına dayanabilir. Başlangıçta oluştukları ortamlar hakkında ipuçlarını korurlar ve kayaçların kendileri için kesin yaşlar sağlarlar.

Genişliği 30 mikrondan - bir insan deri hücresi boyutu - küçük olan küçük apatit kristalleri zirkon kristalleri içinde hapsolur. Kükürt içerirler. Apatitteki kükürt miktarını ölçerek, apatitin oksitlenmiş bir magmadan yetişip yetişmediğini tespit edebiliriz.

Kanada'da Manitoba'nın merkezinden doğu Quebec'e uzanan Superior Eyaleti’nin haritası.

 

Orijinal Arkeen magmasının oksijen fugasitesini, esasen içindeki serbest oksijen miktarı, Illinois'deki Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki Gelişmiş Foton Kaynağı senkrotronunda X-ışını Absorpsiyon Yakın Kenar Yapısı Spektroskopisi (S-XANES) adı verilen özel bir teknik kullanarak başarılı bir şekilde ölçebildik.

 

Sudan oksijen oluşturmak?

Başlangıçta sıfır civarında olan magma kükürt içeriğinin, yaklaşık 2705 milyon yılda milyonda 2000 parçaya yükseldiğini bulduk. Bu, magmaların kükürt açısından daha zengin hale geldiğini gösterdi. Ek olarak, apatitte bir tür kükürt iyonu olan S6+'nın baskınlığı, kükürdün oksitlenmiş bir kaynaktan geldiğini ve ev sahibi zirkon kristallerinden gelen verilerle uyuştuğunu düşündürdü.

Bu yeni bulgular, oksitlenmiş magmaların 2,7 milyar yıl önce Neoarkeen döneminde oluştuğunu gösteriyor. Veriler, Arkeen okyanus rezervlerinde çözünmüş oksijen eksikliğinin, yitim zonlarında kükürt bakımından zengin, oksitlenmiş magmaların oluşumunu engellemediğini göstermektedir. Bu magmalardaki oksijen başka bir kaynaktan gelmiş olmalıdır ve sonunda volkanik patlamalar sırasında atmosfere salınmıştır.

Bu oksitlenmiş magmaların oluşumunun, Superior Eyaleti’ndeki ve Yilgarn Craton'daki (Batı Avustralya) büyük altın madenleştirme olaylarıyla ilişkili olduğunu bulduk ve bu, oksijen açısından zengin bu kaynaklar ile küresel birinci sınıf cevher yatağı oluşumu arasında bir bağlantı olduğunu gösterdi.

Okyanus levhalarının Dünya'nın kıtasal levhalarının altında kaymasının neden olduğu okyanus suyunun Dünya'nın derinliklerine sürüklenmesi, serbest oksijen ve onu serbest bırakan mekanizma volkanları oluşturabilir.

 

Bu oksitlenmiş magmaların etkileri, erken Dünya jeodinamiği anlayışının ötesine geçer. Daha önce, okyanus suyu ve okyanus tabanı kayaçları veya tortuları oksitlenmediğinde, Arkeen magmalarının oksitlenebilmesinin mümkün olmadığı düşünülüyordu.

Kesin mekanizma belirsiz olsa da, bu magmaların ortaya çıkışı, okyanus suyunun gezegenimizin yüzlerce kilometre içine girdiği yitim sürecinin serbest oksijen ürettiğini düşündürmektedir. Bu daha sonra üstteki mantoyu oksitler.

Çalışmamız, Arkeen yitiminin Dünya'nın oksijenlenmesinde, 2,7 milyar yıl önceki ilk oksijen esintileri ve ayrıca 2,45 ila 2,32 milyar yıl önce atmosferik oksijende yüzde iki artışı işaretleyen Büyük Oksidasyon Olayı, hayati öngörülemeyen bir faktör olabileceğini gösteriyor.

Bildiğimiz kadarıyla, Dünya, güneş sisteminde - geçmişte veya günümüzde - levha tektoniği ve aktif yitimin olduğu tek yerdir. Bu, bu çalışmanın gelecekte diğer kayalık gezegenlerdeki oksijen eksikliğini ve nihayetinde yaşamı kısmen açıklayabileceğini düşündürmektedir.

 

David Mole, Doktora Sonrası Araştırmacı, Yer Bilimleri, Laurentian Üniversitesi; Adam Charles Simon, Arthur F. Thurnau Profesörü, Yer ve Çevre Bilimleri, Michigan Üniversitesi; ve Xuyang Meng, Doktora Sonrası Araştırmacı, Yer ve Çevre Bilimleri, Michigan Üniversitesi

Bu makale The Conversation'da yayınlanmıştır.