지구 역사에 대한 미해결 미스터리 중 하나는 수십억 년 전에 지구가 어떻게 산소화되고 숨을 쉬게되었는지입니다. 새로운 연구에 따르면 범인은 지구의 외각을 구성하는 거대한 바위 석판 일 수 있다고합니다.
소위 판이 움직였을 때 판 구조론 (plate tectonics)이라는 과정에서, 그들은 다른 판 아래에 미끄러 져 내려갈 때 죽은 생물의 탄소가 풍부한 유골을 묻었을 것이다. 과학자들은 지구 맨틀의 지각 아래에서 탄소가 산소와 반응 할 수 없어서이 중요한 성분을 대기 중에 남겨 둘 것이라고 말했다.
대산 소화 이벤트까지 지구의 대기는 질소, 이산화탄소, 수증기 및 메탄의 혼합이었습니다. 그런 다음 25 억 년 전에 한 종류의 단일 세포 생물이 그 이산화탄소를 사용하고 폐기물로서 산소를 생성하기 시작했습니다. 그러나 산소는 반응성이 높다. 죽은 유기체의 잔해에서 나오는 표면 암석과 탄소와의 반응은 요소를 빠르게 고갈시킵니다.
매장 탄소
텍사스 라이스 대학교의 Megan Duncan과 Rajdeep Dasgupta의 새로운 연구는 죽은 생물체의 탄소가 지구의 지각 아래로 밀려 나서 흑연과 고대 다이아몬드를 형성하기 위해 섭입되었다고 밝혔다. 이와 같이 듀오 대변인은 대산 소화 사건은 부분적으로 "현대"판 구조론의 시작에 의해 촉발되었으며, 지구의 지각은 서로 충돌하고, 뒤틀리고 서로 미끄러지는 거대한 판으로 나뉘어져 있다고 말했다.
이 과정은 탄소가 산소와 반응 할 시간이 없었기 때문에 충분히 효율적이어서 모든 초기 생물체의 폐기물 인 산소는 대기에 머물면서 오늘날의 수준에 가깝게 축적되었다. 결과 : 미래의 산소 브리더에 적합한 대기.
던컨은 "이 작업은 오늘날 섭입 영역에서 발생하는 프로세스를 고려하여 시작했다"고 말했다. "그리고 고대의 섭입 지역에서 무슨 일이 일어 났는지 궁금합니다."
던컨은 이산화탄소와 물 사이의 반응을 보여주는 대기의 컴퓨터 모델을 사용했습니다. 둘이 반응하면 분자 산소 (2 개의 산소 원자로 구성)와 포름 알데히드 (탄소, 수소 및 산소로 구성된 화합물)를 만듭니다. 포름 알데히드가 반드시 살아있는 생물체가 실제로 생산하는 것은 아닙니다. 던컨은 더 복잡한 유기 탄소 화합물의 스탠드 인이라고 밝혔다.
일반적으로 그 반응은 균형을 이룹니다. 산소는 다시 이산화탄소 (CO2)와 물을 만들기 위해 순환하여 산소가없는 대기를 남깁니다. 그것이 판 구조론이 들어오는 곳이라고 연구원들은 말했다. 새로운 연구에 따르면, 조 슬링 판은 모든 포름 알데히드를 지하로 밀어 내고 공기를 더 많은 산소로 남겼습니다. 한편, 포름 알데히드가 "균형"화학 반응을 일으키지 않으면 여분의 CO2가 대기 중에 남아 CO2가 번식하고 더 많은 산소를 폐기물로 생산할 수있게된다고 연구진은 컴퓨터 모델에서 밝혔다.
탄소 점검
그들의 가설을 확인하기 위해 연구원들은 고대 크러스트와 실험실 실험에서 더 오래된 탄소 측정을 사용했습니다. 예를 들어, 일부 고대 다이아몬드에는 살아있는 유기체의 조직에서 발견되는 탄소 동위 원소 인 특정 양의 탄소 -13이 있습니다. 이 자료에 따르면 소량의 유기 탄소가 맨틀 (지각 지각 아래)에있는 것으로 밝혀졌다.
다음 질문은 탄소가 그곳에 머무를 것인지의 여부였습니다. 던컨은 실리케이트 유리 조각을 녹여 흑연을 첨가했습니다. 던칸은이 유리가 고대 껍질을 모방했으며 흑연은 유기체의 탄소를 대표한다고 말했다. 그런 다음 14,800 기압에서 시작하여 29,000 기압 (제곱 인치당 435,000 파운드)으로 압력과 온도를 높였습니다. 결과는 초기 지구 맨틀에 존재하는 조건 하에서 탄소가 암석에 용해 될 수 있다는 것을 보여 주었다. 그 결과, 화산이 화산재를 다시 버리기 전에 탄소가 수백만 년 동안 지각 아래에있을 가능성이 있다고 연구는 밝혔다.
Duncan은 Great Oxygenation Event의 정확한 메커니즘을 찾아내는 것은 쉽지 않을 것이며, 단지 하나의 메커니즘이 아니라 여러 가지 메커니즘을 포함했을 것이라고 말했다. 하나의 도전은 섭입이 시작된 시간표라고 그녀는 말했다.
던컨은“현대 판 구조 과정이 항상 작동했다면 작동하지 않는다”고 말했다. 다른 증거는 초기 지구가 초기에 판 구조론을 가지고 있지 않았을 수 있으며 그 과정이 나중에 시작되었다는 것을 보여줍니다.
던컨은 이메일에서“얼마나 많은 유기 탄소가 제거되었는지에 달려있다”고 말했다. "해양에 얼마나 많은 유기 탄소가 만들어 졌는가 (고대 해양 화학에 따라 다름). 우리는 오늘날 발생하는 것을 알고 있습니다. 우리는 나가서 측정 할 수 있습니다. 우리는 고대 암석과 다이아몬드에서 볼 수 있습니다. 지구의 역사에서 유기 탄소가 존재하고 섭입되었다고 믿습니다. "
그녀는 문제가 얼마나 빠르고 얼마나 정확한지를 제한하고 있다고 말했다.
캘리포니아 리버 사이드 대학 (University of California Riverside)의 생지 화학 교수 인 팀 리용 (Tim Lyons)은이 모델을 암석의 알려진 기록과 연결하는 것은 어려운 일이라는 데 동의했다. 리옹은“내 질문 중 하나는 이러한 데이터가 감산의 역사에 대한 강력한 기록과 연결될 수 있는지 여부이다.
던컨은“GOE를 유발하기 위해 제안 된 많은 메커니즘이있다. 그 자체로는 아무도 기록에서 관찰 된 O2 증가량을 다시 만들 수 없다”고 던칸은 말했다. "subduction을 포함한 이러한 메커니즘의 많은 조합이 지구 역사의 나머지 기간 동안 O2 수준이 상승하고 유지 될 수있게 해주었다."
이 연구는 Nature Geoscience 저널에 게재되었습니다 (4 월 25 일).
