Klíč k dýchatelné atmosféře Země: Vědci odhalili, jak subdukce ovlivnila hladinu kyslíku

Kyslíkem bohatá atmosféra Země, nezbytná pro život, se vyvíjela po miliardy let. Vědci mají mnoho teorií o tom, co způsobilo nárůst kyslíku, a zdá se, že řada z nich je správná.

Kyslíkem bohatá atmosféra Země, nezbytná pro život, se vyvíjela po miliardy let. Vědci mají mnoho teorií o tom, co způsobilo nárůst kyslíku, a zdá se, že řada z nich je správná. Důležitou roli hraje fotosyntetický život, který produkuje kyslík, ale také chemie pevné Země, která podporuje fotosyntézu a reguluje přesun kyslíku mezi atmosférou a horninami v zemském nitru.

Nová studie vedená Wei Shi z Čchengtské technické univerzity naznačuje, že změny v subdukci tektonických desek – procesu, při kterém se ponořují do zemského nitra – se časově shodují s nárůsty hladiny kyslíku. Země postupně chladla a její raná historie ukazuje, že hlavní geologické procesy se v důsledku toho výrazně vyvíjely. V počátcích se studená, hustá povrchová hornina propadala horkým pláštěm způsoby, které se jen málo podobají moderní deskové tektonice.

Vývoj nebyl plynulý. Okysličování zemské atmosféry také neprobíhalo lineárně. Začalo to skokem během Velké kyslíkové události před 2,4 až 2,0 miliardami let, poté se zastavilo a pokračovalo mezi 800 a 500 miliony lety. Třetí nárůst mezi 450 a 250 miliony lety nás dovedl k dnešním hladinám kyslíku.

Tým vědců předpokládal, že změny v subdukci mohly ovlivnit atmosférický kyslík tím, že kontrolovaly množství uhlíku a síry – prvků, které se rády vážou s kyslíkem – unášených do hlubokého nitra Země. Když je zemský plášť teplejší, uhlík a síra se nedostanou příliš hluboko se subdukovanou horninou. Uvolňují se do mělkého pláště a brzy se mohou vrátit do atmosféry prostřednictvím sopek, kde jsou připraveny spotřebovat molekuly kyslíku. Naopak deska ponořující se do chladnějšího pláště si udrží více síry a uhlíku.

Na místech, kde se subdukovaná hornina vrací na povrch, minerály a jejich jemná chemie vypovídají o teplotách a tlacích, které zažily během své cesty. Porovnáním těchto informací tým sestavil široký obraz historie subdukce. Pokud by hypotéza platila, očekávalo by se, že se nižší teploty subdukce objeví ve stejnou dobu jako nárůsty atmosférického kyslíku. Data se zdají shodovat: subdukce při nižších teplotách se objevuje mezi 2,2 a 1,8 miliardami let a poté, po přestávce, dominuje posledních 800 milionů let. Dřívější období odpovídá počáteční Velké kyslíkové události. Novější období pokrývá druhý a třetí skok v hladinách kyslíku. Chemický model založený na této historii subdukce dokázal zhruba reprodukovat časovou osu okysličování.

Počátek příběhu, jak vědci uvádějí, mohl být spojen se vznikem raného „superkontinentu“ zvaného Columbia. S významným množstvím pevniny nad mořskou hladinou mohla eroze dodávat do oceánů dostatek živin k podpoře velkého množství fotosyntetických sinic. Důkazy o tom lze nalézt v sedimentárních horninách mořského dna bohatých na organický uhlík. Rozpad Kolumbie se shoduje s prvními známkami subdukce při nižších teplotách, což umožnilo, aby se více tohoto organického uhlíku – a uhličitanů hromadících se v mělkých vodách kolem Kolumbie – subdukovalo hluboko do pláště.