Salah satu misteri yang masih belum diselesaikan mengenai sejarah Bumi adalah bagaimana planet ini menjadi beroksigen, dan bernafas, berbilion tahun yang lalu. Kini, kajian baru mengatakan bahawa pelakunya mungkin merupakan lempengan batu gergasi yang membentuk shell luar Bumi.
Kerana ini dipanggil plat, dalam proses yang dipanggil tectonics plat, mereka akan dikebumikan sisa-sisa karbon makhluk mati di bawah plat lain kerana mereka meluncur di bawah. Dalam mantel bumi, di bawah kerak, karbon tidak dapat bertindak balas dengan oksigen, meninggalkan bahan penting ini di atmosfera, kata para saintis.
Sehingga Peristiwa Oksigenasi Besar, atmosfer planet adalah campuran nitrogen, karbon dioksida, wap air dan metana. Kemudian, 2.5 bilion tahun yang lalu, satu kelas makhluk bersel tunggal mula menggunakan karbon dioksida dan menghasilkan oksigen sebagai produk sisa. Tetapi oksigen sangat reaktif; tindak balas dengan batuan permukaan dan karbon yang meresap dari sisa organisme mati akan cepat merosot elemen.
Mengebumikan karbon
Kajian baru oleh Megan Duncan dan Rajdeep Dasgupta di Rice University di Texas mengemukakan bahawa karbon dari makhluk-makhluk mati itu ditolak di bawah kerak bumi, atau subducted, untuk membentuk grafit dan berlian kuno. Oleh itu, kedua-duanya berkata, Peristiwa Oksigenasi Besar sebahagiannya didorong oleh permulaan tektonik plat moden, di mana kerak Bumi dibahagikan kepada plat-plat besar yang bertembung, menggeliat, dan meluncur di atas dan di bawah satu sama lain.
Proses ini cukup cekap bahawa karbon tidak mempunyai masa untuk bertindak balas dengan oksigen, jadi oksigen - produk sisa semua makhluk-makhluk awal - tinggal di atmosfera dan terkumpul hingga dekat tahap yang dilihat hari ini. Hasilnya: suasana yang dapat diterima oleh oksigen.
"Kerja ini bermula dengan mempertimbangkan proses yang berlaku di zon subduksi hari ini," kata Duncan kepada Live Science. "Dan kemudian tertanya-tanya apa yang terjadi di zon subduksi kuno."
Duncan menggunakan model komputer atmosfera yang menunjukkan tindak balas antara karbon dioksida dan air. Apabila kedua-dua bertindak balas, mereka membuat oksigen molekul (terdiri daripada dua atom oksigen) dan formaldehid (sebatian yang terdiri daripada karbon, hidrogen dan oksigen). Formaldehid itu tidak semestinya apa makhluk hidup sebenarnya akan menghasilkan; ia berdiri untuk sebatian karbon organik yang lebih rumit, kata Duncan.
Biasanya, reaksi itu seimbang; kitaran oksigen kembali membuat lebih banyak karbon dioksida (CO2) dan air, meninggalkan suasana tanpa oksigen. Di sinilah plat tektonik datang, kata para penyelidik. Menurut kajian baru, plat jostling menolak semua formaldehid di bawah tanah, meninggalkan udara dengan lebih banyak oksigen. Sementara itu, tanpa formaldehid memandu reaksi kimia "seimbang", CO2 tambahan akan kekal di atmosfera, membantu CO2-breathers untuk berkembang maju dan menghasilkan lebih banyak oksigen sebagai sisa, para penyelidik yang terdapat dalam model komputer mereka.
Memastikan karbon di dalam pemeriksaan
Untuk memeriksa hipotesis mereka, para penyelidik menggunakan kedua-dua pengukuran karbon yang lebih lama dalam eksperimen kerak dan makmal kuno. Dalam sesetengah berlian purba, sebagai contoh, terdapat sejumlah karbon-13, isotop karbon yang terdapat dalam tisu organisma hidup. Data itu memperlihatkan bahawa sejumlah besar karbon organik jelas menjadikannya di dalam mantel (di bawah kerak Bumi), kata para penyelidik.
Persoalan seterusnya ialah apakah karbon akan tinggal di sana. Duncan mencairkan segelas gelas silikat dan menambah grafit kepadanya. Gelas itu meniru kerak purba, dan grafit mewakili karbon dari organisma, kata Duncan. Dia kemudian meningkatkan tekanan dan suhu, bermula pada kira-kira 14,800 atmosfera tekanan dan meningkat kepada 29,000 atmosfera (iaitu kira-kira 435,000 paun setiap inci persegi). Hasilnya menunjukkan bahawa karbon boleh dibubarkan dalam batuan di bawah keadaan yang mungkin hadir di awal mantel Bumi, kata kajian itu. Hasilnya juga menunjukkan bahawa karbon mungkin berada di bawah kerak selama berjuta-juta tahun sebelum gunung berapi meletus lagi, kata kajian itu.
Memasukkan mekanisme tepat untuk Peristiwa Oksigenasi Besar tidak akan mudah, kata Duncan, dan mungkin ia melibatkan beberapa mekanisme, bukan hanya satu. Satu cabaran ialah garis masa ketika subduksi bermula, katanya.
"Jika proses tektonik plat moden sentiasa beraksi, ini tidak berfungsi," kata Duncan. Bukti lain yang lain menunjukkan bahawa bumi awal mungkin tidak mempunyai tektonik plat pada awalnya dan proses itu bermula kemudian, tambah Duncan.
"Ia juga bergantung kepada berapa banyak karbon organik dikeluarkan dari permukaan," tulis Duncan dalam e-mel. "Berapa banyak karbon organik yang dibuat ke dasar lautan (yang mungkin bergantung kepada kimia lautan kuno), kita tahu ia berlaku hari ini, kita dapat keluar dan mengukurnya, kita melihatnya di batu kuno, dan berpotensi berlian, jadi kita percaya bahawa karbon organik hadir dan subducted sepanjang sejarah bumi. "
Masalahnya ialah meletakkan had tepat pada berapa banyak dan berapa cepat, katanya.
Tim Lyons, seorang profesor biogeokimia di University of California Riverside, bersetuju bahawa mengaitkan model ini dengan rekod yang diketahui dalam batuan adalah satu cabaran. "Salah satu persoalan saya ialah sama ada data itu boleh terikat kepada rekod yang kukuh untuk sejarah subduksi," kata Lyons.
"Terdapat banyak mekanisme yang dicadangkan untuk menyebabkan GOE; tidak, mereka sendiri, boleh membuat semula magnitud peningkatan O2 yang diperhatikan dari rekod," kata Duncan. "Ia mungkin gabungan banyak mekanisme ini, termasuk subduksi, yang membolehkan tahap O2 meningkat dan dikekalkan untuk sejarah bumi yang lain."
Kajian itu muncul (25 April) dalam jurnal Nature Geoscience.
