Jedným z dôvodov obývateľnosti našej planéty je aj množstvo kyslíka v našej atmosfére. Hoci v súčasnosti tento prvok tvorí zhruba 21 % zemskej atmosféry, v ďalekej minulosti ho bolo žalostne málo. Ako došlo k okysličeniu atmosféry a k premene modrej planéty na obývateľnú?

Možnú odpoveď ponúka nový výskum publikovaný v žurnále Nature Geoscience, podľa ktorého je tu šanca, že aspoň malá časť kyslíka na ranej Zemi pochádza z tektonického zdroja – z pohybu a deštrukcie zemskej kôry. Na tému upozornili autori novej štúdie vo svojom príspevku zverejnenom na portáli The Conversation.

Ako došlo k okyslíčeniu planéty?

Pred 2,5 až 4 miliardami rokov Zem nevyzerala tak, ako dnes. Išlo o planétu pokrytú zelenými oceánmi a zahalenú metánovým oparom bez akýchkoľvek známok komplexného života.

V súčasnosti je na Zemi dominantnou tektonickou aktivitou platňová tektonika, pri ktorej oceánska kôra klesá do vrchného plášťa (subdukcia). K spomínanému deju dochádza v tzv. subdukčných zónach, teda miestach zemskej kôry, kde dochádza k subdukcii.

Argonne National Labs

Do dnešných dní sa však vedie mnoho diskusií o tom, či takáto platňová tektonika fungovala aj v Archaiku (eón dejín Zeme pred 2,5 až 4 miliardami rokov). Dôležité je tiež poznamenať, že existencia súčasných subdukčných zón je spojená s oxidovanou magmou – magma s vysokým obsahom kyslíka a vody.

Časť kyslíka pochádza zvnútra planéty

V štúdii preto vedci skúmali, či absencia oxidovaných materiálov mohla v minulosti zabrániť vzniku oxidovanej magmy. Identifikácia magmy pochádzajúcej z tohto eónu by tiež mohla poskytnúť dôležité informácie o tom, či subdukcia a dosková tektonika prebiehali už pred 2,7 miliardami rokov.

Schematické znázornenie poklesávania tektonických platní. K. D. Schroeder/Wikimedia Commons

Za účelom získania týchto informácií odborníci zozbierali vzorky granitických hornín (súborné označenie pre kyslé vyvreté horniny od alkalických granitov cez granodiorit po tonality) starých 2,7 miliardy až 2,6 miliardy rokov zo subprovincie Abitibi-Wawa (najväčší zachovalý archejský kontinent) – dnešná Kanada.

Keďže študovať oxidačný stav týchto hornín je extrémne náročné, študovali najmä minerál apatit, ktorý bol prítomný v kryštáloch zirkónu nachádzajúceho sa v týchto horninách. Zirkón totiž dokáže vydržať vysokú teplotu i tlak, pričom si uchováva informácie o svojom prostredí.

Analýza kryštálov apatitu o veľkosti 30 mikrónov, ktoré boli zachytené v zirkóne, umožnila zmerať množstvo síry ale tiež kyslíkovú fugacitu (termodynamická veličina vyjadrujúca zmenu chemického potenciálu) pôvodnej archejskej magmy. V podstate vedci zmerali množstvo voľného kyslíka vo vzorkách.

NEPREHLIADNI
Vedci sú zmätení. Vesmír žiari dvakrát viac ako sa čakalo, už našli vinníka

Ukázalo sa, že obsah síry v magme vzrástol z pôvodnej 0 na 2 000 častíc na milión (ppm) zhruba pred 2,705 miliardami rokov. To naznačilo, že magma sa v tom období stala bohatšou na síru. Ďalšia analýza potom ukázala, že síra pochádza z oxidovaného zdroja.

Jose F. Vigil. USGS/ Adrian/ Wikimedia

Nové zistenia naznačujú, že oxidované magmy začali vznikať pred zhruba 2,7 miliardami rokov, pričom ani nedostatok kyslíka v oceánoch nezabránil tvorbe oxidovanej magmy bohatej na síru. To zasa znamená, že kyslík v týchto magmách musel pochádzať z iného zdroja.

Hoci presný mechanizmus vzniku takejto magmy nie je jasný, až doposiaľ sa považovalo za nepravdepodobné, že by magma z obdobia Archaika mohla byť vôbec oxidovaná.

Nový výskum tieto hypotézy nielenže vyvrátil, ale tiež ukázal, že subdukcia v období Archaika mohla byť kriticky dôležitým, no nečakaným faktorom pri okysličovaní Zeme. Nové poznatky tiež ukazujú, že proces subdukcie, pri ktorom sa voda z oceánov dostane stovky kilometrov do našej planéty, vytvára voľný kyslík, ktorý potom slúži na oxidáciu plášťa.