Beberapa tahun kebelakangan ini telah menyaksikan letupan penemuan exoplanet. Sebilangan dunia berada dalam apa yang kita anggap sebagai "zon yang dapat dihuni," setidaknya dalam pengamatan awal. Tetapi berapa banyak dari mereka yang mempunyai atmosfera yang menyokong hidup dan kaya oksigen dalam urat yang sama dengan Bumi?
Satu kajian baru menunjukkan bahawa atmosfer yang bernafas mungkin tidak begitu jarang seperti yang kita fikirkan di planet-planet setua Bumi.
Bumi mengambil masa yang lama untuk mengembangkan atmosfer beroksigen yang kita nikmati sekarang. Sehingga sekitar 2.4 bilion tahun yang lalu, planet kita mempunyai lebih sedikit oksigen di atmosfer dan lautannya. Itu semua berubah ketika peristiwa oksigenasi utama berlaku; yang pertama dari tiga yang membentuk Bumi.
Model tiga tahap pengoksigenan Bumi cukup banyak difahami dan diterima, walaupun bukan tanpa kontroversi. Model ini menggariskan tiga perubahan besar dalam sejarah Bumi, dengan masing-masing mengubah atmosfera Bumi dengan menambahkan lebih banyak oksigen.
Tiga acara tersebut adalah:
- Kejadian Pengoksidaan Besar berlaku kira-kira 2.4 bilion tahun yang lalu semasa Era Paleoproterozoik. Dalam kejadian ini, oksigen yang dihasilkan secara biologi terkumpul di lautan dan atmosfer, kemungkinan menyebabkan kepupusan massa awal.
- Kejadian Oksigenasi Neoproterozoik menyaksikan peningkatan tahap oksigen secara mendadak, dan mendahului Ledakan Cambrian sekitar 540 juta tahun yang lalu.
- Kejadian Oksigenasi Paleozoik berlaku kira-kira 400 juta tahun yang lalu dan menyaksikan oksigen mencapai tahap semasa sekitar 21%.
Sejarah pengoksigenan Bumi adalah rumit. Itu bukan kemajuan linear. Pada mulanya, oksigen dihasilkan sebagai sisa hasil oleh bentuk kehidupan, dan sebahagian besarnya diserap oleh kerak bumi. Oksigen sangat reaktif dan membentuk pelbagai jenis sebatian dengan unsur lain dan terkunci di kerak bumi. Khususnya, ia bertindak balas dengan besi untuk menghasilkan oksida besi dalam catatan geologi, salah satu petunjuk terbaik kami ketika oksigen memasuki atmosfera.
Terdapat banyak perbahasan mengenai model ini. Menurut satu pemahaman model, bakteria fotosintetik di lautan menghasilkan banyak oksigen awal. Kemudian planet darat datang beratus-ratus juta tahun kemudian, meningkatkan tahap oksigen sekali lagi. Terdapat juga bukti bahawa tektonik plat dan letusan gunung berapi yang besar memainkan peranan.
Sebuah artikel oleh penulis kajian baru ini mengatakan model ini menunjukkan bahawa tahap keberuntungan tertentu diperlukan untuk mewujudkan dunia yang kaya dengan oksigen. "Sekiranya satu letusan gunung berapi tidak terjadi, atau jenis organisma tertentu tidak berevolusi, maka oksigen mungkin terhenti pada tahap rendah," katanya.
Tetapi mungkin itu tidak berlaku.
Kajian baru mereka berjudul "Oksigenasi Bumi Stepwise adalah harta yang melekat dalam kitaran biogeokimia global" dan perkataan "melekat" adalah kunci di sini. Penulis mengatakan bahawa setelah kita mempunyai mikrob yang betul dan tektonik plat, yang keduanya ditubuhkan 3 miliar tahun yang lalu, hanya tinggal waktu sebelum kita mencapai tahap oksigen yang kita miliki sekarang. Tidak kira gunung berapi dan tanaman darat.
“Penyelidikan ini benar-benar menguji pemahaman kita tentang bagaimana Bumi menjadi kaya oksigen, dan dengan demikian dapat menyokong kehidupan yang cerdas.“
Lewis Alcott, Pengarang Utama, Institut Sains Permukaan Bumi, Universiti Leeds.
Daripada kekuatan luaran, itu adalah "sekumpulan maklum balas dalaman yang melibatkan kitaran fosforus, karbon, dan oksigen global" yang menyebabkan pengoksigenan Bumi, seperti yang dikatakan oleh kajian. Sebenarnya, kitaran tersebut akan "menghasilkan pola tiga langkah yang sama yang diperhatikan dalam catatan geologi."
Semuanya datang ke sini, dari makalah: "Kami menyimpulkan bahawa peristiwa pengoksigenan Bumi sepenuhnya konsisten dengan pengoksigenan secara beransur-ansur dari permukaan planet setelah evolusi fotosintesis oksigen."
Tetapi bagaimana mereka sampai pada kesimpulan itu?
Penyelidik adalah dari Universiti Leeds di UK. Penulis utama ialah Lewis J. Alcott, seorang pelajar PhD yang berpusat di Earth Surface Science Institute. Alcott dan penyelidik lain bekerja dengan model biogeokimia laut yang mapan dan mengubahnya. Mereka menjalankan model itu di seluruh sejarah Bumi, dan mendapati bahawa ia menghasilkan tiga peristiwa pengoksigenan utama dengan sendirinya.
Dalam siaran pers Alcott mengatakan, "Penyelidikan ini benar-benar menguji pemahaman kita tentang bagaimana Bumi menjadi kaya oksigen, dan dengan demikian dapat mendukung kehidupan cerdas."
Pemikiran dominan di sebalik sejarah oksigenasi Bumi bergantung pada beberapa kategori peristiwa yang luas untuk menjelaskannya. Salah satunya adalah perkembangan evolusi utama dalam bentuk kehidupan yang menghasilkan oksigen. Pada dasarnya "revolusi biologi," di mana bentuk kehidupan menjadi semakin kompleks, dan membuat persekitaran yang kaya dengan oksigen. Kategori kedua adalah revolusi tektonik: peningkatan aktiviti tektonik yang dramatik dan khusus, termasuk aktiviti gunung berapi yang ketara, yang mengubah kerak bumi dan menyebabkan tahap oksigen lebih tinggi.
Terdapat banyak perdebatan mengenai hakikat kedua-dua kategori yang luas, tetapi kajian baru ini memberi para saintis sesuatu yang lebih perlu difikirkan. Alih-alih mengandalkan peristiwa "langkah-langkah" yang dapat ditunjukkan dalam catatan geologi untuk menjelaskan pengoksigenan, kajian baru ini menunjukkan siklus maklum balas antara fosfor, karbon, dan oksigen.
Kajian ini juga menunjukkan bahawa pengoksigenan tidak dapat dielakkan.
Pengarang bersama kajian Profesor Simon Poulton, juga dari Sekolah Bumi dan Alam Sekitar di Leeds, mengatakan: “Model kami menunjukkan bahawa pengoksigenan Bumi ke tahap yang dapat mempertahankan kehidupan yang kompleks tidak dapat dihindari, begitu mikroba yang menghasilkan oksigen telah berevolusi. "
Inti model baru ini adalah kitaran fosforus laut. Model mereka menghasilkan corak oksigenasi tiga langkah yang sama yang dialami Bumi "ketika didorong semata-mata oleh pergeseran bertahap dari pengurangan ke keadaan permukaan pengoksidaan dari masa ke masa. Peralihan didorong oleh cara kitaran fosforus laut bertindak balas terhadap perubahan tahap oksigen, dan bagaimana ini mempengaruhi fotosintesis, yang memerlukan fosforus. "
"Hasil kerja kami menunjukkan bahawa hubungan antara kitaran fosfor, karbon dan oksigen global adalah asas untuk memahami sejarah pengoksigenan Bumi. Ini dapat membantu kita untuk lebih memahami bagaimana planet lain daripada planet kita dapat dihuni, ”kata pengarang kanan Dr. Benjamin Mills.
Oleh itu, masih ada harapan untuk sebilangan eksoplanet tersebut.
Kajian ini tidak akan menjadi kata terakhir mengenai perkara ini. Tetapi ia adalah hasil yang menarik, dan jika memerlukan pemeriksaan ilmiah lebih lanjut, ia mungkin memberi kesan bagaimana kita mencirikan eksoplanet yang sudah kita temui, dan ribuan lagi yang akan kita dapati dengan TESS dan teleskop pencari planet masa depan yang lain.
Lagi:
- Siaran Akhbar: Menghayati kehidupan baru dalam perbahasan oksigen Bumi
- Kertas Penyelidikan: Pengoksigenan Bumi bertahap adalah harta yang melekat dalam kitaran biogeokimia global
- Artikel: Suasana bernafas mungkin lebih biasa di alam semesta daripada yang kita sangka dulu
- Kertas Penyelidikan (2014): Peningkatan oksigen di lautan dan atmosfera awal Bumi
