Dünya kabuğu atmosferden milyar yıl önce oksijen alıyor.
Portsmouth Üniversitesi'nden Hugo Moreira'nın 주도ing olduğu uluslararası ekip, zirkon kristaller içindeki apatit içercekleri analiz ederek Dünya külle tabakasının (mantle) Büyük Oksidasyon Olayı'ndan milyar yıl önce zaten oksijenle reaksiyona girdiğini kanıtladı.
Portsmouth Üniversitesi Kraliyet Derneği araştırma üyesi Hugo Moreira liderliğindeki uluslararası bir ekip, Dünya'nın derin içindeki oksijen tarihini 3.4 milyar yıl geriye taşıyan bir çalışmayı Nature Geoscience dergisinde yayımladı. Araştırma, Dünya atmosferinin kalıcı olarak oksijene zenginleştiği Büyük Oksidasyon Olayı'ndan (yaklaşık 2.3 milyar yıl önce) yaklaşık bir milyar yıl önce, külle tabakasının (mantle) zaten yüzeyden gelen oksijene tepki verdiğini gösteriyor.
Zirkon kristalleri 'zaman kapsülü' gibi koruyor
Bilim insanları bu derin geçmişe erişmek için Dünya'nın en dayanıklı minerallerinden biri olan zirkonu kullandı. Bu kristaller milyarlarca yıl neredeyse değişmeden kalabilir. Ekip, Portsmouth Üniversitesi Kütle Spektrometresi ve Lazer Ablasyon Laboratuvarındaki lazerlarla kristallerin yaşını hassas bir şekilde tespit etti; bazı örneklerin tam 3.4 milyar yıl önce oluştuğunu belirledi.
Bu zirkonların içinde, sakız böceği amber içinde sıkışmış gibi, daha küçük bir mineral olan apatit hapsolmuştu. Zirkonun sert kabuğu sayesinde bu apatit dış etkenlerden korunmuş, yani kristalle aynı yaşta kalmıştı.
Moreira, Portsmouth Üniversitesi Dünya ve Çevre Enstitüsü'nden yaptığı açıklamada şunları kaydetti: "Bu mineraller bilim insanları için gerçekten heyecan verici, çünkü bunlar esasen zaman kapsülüdür.
Bu kadar iyi korundukları için kimyasal parmak izlerini analiz ederek milyarlarca yıl öncesine ait dokunulmamış bir anlık görüntü elde edebiliyoruz."
Avrupa Sinkrotron Işını Tesisi'nde atom ölçeğinde ölçüm
Araştırmacılar, Avustralya, Finlandiya, Güney Afrika, Brezilya ve İskoçya'dan getirdikleri antik kaya örneklerini önce Portsmouth'ta incelediler. Sonra bu numuneleri Fransa'daki Grenoble kentindeki Avrupa Sinkrotron Işını Tesisi'ne (ESRF) gönderdiler.
Dünyanın en güçlü X-ışını kaynaklarından biri olan ESRF'nin ID21 ışın istasyonunda, her bir apatit kristali içindeki sülfürün kimyasal durumunu ölçmek için özel bir teknik kullanıldı.
Sülfürün aldığı form, o anki ortamda ne kadar oksijen bulunduğunu gösteren son derece hassas bir kimyasal parmak izi görevi görür. Bu ölçümler, Dünya'nın dış kabuğının sürtülüp içine geri dönüştürüldüğü yani subduksiyon adı verilen sürecin gerçekleştiği noktadaki koşulları yansıtır.
ID21 ışın istasyonu sorumlusu ve ortak yazar Marine Cotte, zorluğu şöyle özetledi: "Bu kristaller saçtan daha ince, genellikle insan saçının kalınlığından darardır ve çok az miktarda sülfür içerir.
Bu yüzden çok ince, çok hassas ve çok sayıda kristali ölçebilecek kadar hızlı bir X-ışını ihtiyacımız vardı. Böylece sonuçların genel resmi yansıttığından, yalnızca bir iki numunedan değil, emin olabiliyorduk."
Külle tabakası atmosferden önce 'nefes almaya' başladı
Dünya'nın erken tarihinde havada veya okyanuslarda neredeyse hiç oksijen yoktu. Bu durum 2.3 milyar yıl önceki Büyük Oksidasyon Olayıyla kalıcı olarak değişti; bu genellikle Dünya'nın 'nefes almaya başladığı' an olarak tanımlanır.
Bilim insanları daha önce de, hayatin neredeyse yok olduğu 3 ile 3.5 milyar yıl önce kısa süreli, yerel oksijen oazaklarının oluştuğunu şüphe ediyordu.
Bu antik kristallerde hapsolmuş sülfür, külle tabakasının o dönemde zaten yüzeyden gelen oksijene tepki verdiğini kanıtlıyor. Külle tabakası, kabuk ve dış çekirdek arasındaki kalın, çoğunlukla katı orta katmandır. Sürtünme (subduksiyon) süreciyle yüzey malzemesinin geri dönüştürüldüğü mantle tabakalarındaki oksijen kimyasal imzası, 3.4 ile 3 milyar yıl önce arttı ve incelenen 3.4 milyar yıllık dönem boyunca sürekli varlığını sürdürdü; bugünkü seviyelere yaklaşık 2.1 milyar yıl önce ulaştı.
Bu durum, atmosferin üzerinde değişimi devam ederken, subduksiyon sürecinin zaten oksitlenmiş malzemeyi derinlere taşıdığını gösteriyor. Yani derin mantle dünyası ve yüzey dünyası, daha önce fark edilenden çok daha erken bir dönemde birbiriyle bağlantılıydı ve birbirine tepki veriyordu.
Aynı kaya tipi üzerine milyarlarca yıl karşılaştırma
Bu çalışmanın metodolojik olarak da önemi, bilim insanlarının bu soruyu incelemek için pertama kez bu kadar geniş bir zaman aralığında aynı kaya tipini kullanmalarıdır. Farklı dönemlerden farklı kaya tiplerini karşılaştırmak yerine, zirkon içinde hapsolmuş apatit mineralini standart olarak kullandılar.
Moreira bu yaklaşımın neden kritik olduğunu şöyle açıkladı: "Tüm süreç boyunca aynı kaya tipini kullanmak bize çok daha sağlam bir sonuç veriyor. Farklı kanıt türleri arasındaki boşluğu doldurmak yerine, milyarlarca yıl boyunca elmas elmas karşılaştırma yapıyoruz."
Hayatın kökenini çözümleme aracı
Moreira, bu araştırmanın günlük hayatı yarın değiştirmeyeceğini, ancak insan doğasının en eski sorularına — nereden geldik, neden buradayız — cevap arayan merak odaklı bir çalışma olduğunu vurguladı.
"Plak tektoniğinin hayatın ortaya çıkmasında değil, sürekli gelişiminde de büyük bir rol oynadığını savunuyorum.
Hayatın mümkün hale geldiği anı ve bu sistemin gezegenimize ne zaman tanıtıldığını izleyerek, yaşanabilir bir Dünya'nın kökenlerini anlamaya çalışıyoruz." dedi.
Bu çalışma, 2023'te Nature Geoscience'ta yayımlanan ve Büyük Oksidasyon Olayı boyunca antik atmosfere ile derin Dünya kimyasası arasındaki bağlantıyı ilk kez ortaya koyan bir önceki araştırmanın devamı niteliğindedir.
Bu haber işinize yaradı mı?
