Көптеген ғалымдар Жер атмосферасының шамамен 2,5 миллиард жыл бұрын оттекке бай бола бастағанын фотосинтез жасай алатын микроорганизмдердің жедел көбеюімен байланыстырады. Алайда Токио университетінің зерттеушілері бұл құбылыстың алдында қандай оқиғалар орын алғанын және атмосфераның оттегімен қанығуына қандай факторлар ықпал еткенін анықтау үшін жаңа механизм ұсынды. Олардың зерттеу нәтижелері көрсеткендей, вулкандық белсенділіктің сипаты айтарлықтай өзгеріп, оттегінің жиналуын тездеткен болуы мүмкін, деп мәлімдеді.
Оттегі қайдан пайда болды?
Терең тыныс алыңыз. Сіз тыныс алатын ауаның құрамын ойлап көрдіңіз бе? Ол негізінен инертті азоттан тұрады, ал біздің өміріміз үшін аса маңызды оттегінің үлесі небәрі 21%-ды құрайды. Бірақ бұл әрдайым осындай болған жоқ. Тарихи кезеңдерде атмосферадағы оттегі мөлшерінің күрт өзгеруі жаппай жойылу оқиғаларымен сәйкес келген. Егер біз уақытты шамамен 3 миллиард жылға кері шегерсек, сол кезде атмосферада оттегі өте аз болғанын байқаймыз.
Атмосфера оттегімен қалай қанықты?
Ғалымдардың пікірінше, шамамен 2,5 миллиард жыл бұрын Ұлы оксигенация оқиғасы (Great Oxygenation Event, GOE) орын алған. Бұл құбылыс фотосинтез қабілеті бар микроорганизмдердің қарқынды таралуына байланысты туындаған деп есептеледі. Олар атмосферадағы көмірқышқыл газын (CO₂) тұтынып, оның орнына оттегі (O₂) бөліп шығарған. Бұл процесс уақыт өте келе оттегінің жиналуына және күрделі тіршілік формаларының пайда болуына ықпал етті. Алайда GOE басталмай тұрып, атмосферада оттегінің уақытша көбейіп, кейін қайта азайған кезеңдері болған. Бұл процестердің нақты уақытын және олардың себептерін анықтау маңызды.
Вулкандық белсенділік және оттегінің пайда болуы
Токио университетінің Жер және планеталар туралы ғылымдар кафедрасының профессоры Эйичи Таджиканың айтуынша, мұхиттардағы микроорганизмдер атмосфералық оттегінің қалыптасуында маңызды рөл атқарған. Бірақ бұл процесс бірден басталмаған, себебі сол кезеңдегі мұхиттағы фосфат сияқты қоректік заттар өте шектеулі болған. Фотосинтез жасайтын цианобактериялар көбейіп, оттегінің көбеюіне ықпал етуі үшін қоректік заттардың көп болуы қажет еді.
«Қоректік заттар мұхитқа қалай түсті?» деген сұраққа жауап ретінде зерттеушілер ғаламшардағы ірі геологиялық өзгерістерге назар аударды. Профессор Таджика мен оның әріптестері Жер тарихындағы архей эоны (3,5–2,5 миллиард жыл бұрын) кезеңін математикалық модельдеу арқылы зерттеді. Зерттеу нәтижелері көрсеткендей, жаппай вулкандық атқылаулар атмосферадағы көмірқышқыл газын көбейтіп, климатты жылытып, мұхиттарға қоректік заттардың түсуін арттырған. Бұл теңіздегі тіршілікке қолайлы жағдай жасап, атмосферадағы оттегінің уақытша артуына ықпал еткен. Алайда бұл оттегі тұрақты сақталмаған. Уақыт өте келе оның концентрациясы қайта төмендеген, бұл құбылыс ғылымда «иістер» (whiffs) деп аталады.
Ғылыми модельдеу және жаңа тұжырымдар
Таджиканың командасы биологиялық, геологиялық және химиялық өзгерістерді модельдеу үшін күрделі сандық есептеу әдістерін қолданды. Олар атмосферадағы оттегінің ауытқуын геологиялық жазбалардағы элементтер концентрациясы арқылы анықтады.
Зерттеуші Ясуто Ватанабэ былай дейді: «Біз кеш архей эонындағы биогеохимиялық циклдердің күрделі өзгерістерін дұрыс модельдеу үшін сандық есептеулердің әртүрлі әдістерін біріктірдік. Бұған дейін басқа кезеңдерді зерттеу үшін қолданылған модельдерді жетілдіріп, вулкандық белсенділіктің Жер жүйесіне әсерін сипаттайтын жаңа механизмді жасадық».
Қорытындылай келе, жер атмосферасының оттекке қанығуы тек фотосинтезбен ғана байланысты емес. Вулкандық белсенділіктің әсерінен климаттың жылынуы және мұхиттардың қоректік заттармен байытылуы да бұл процесте маңызды рөл атқарды. Ұлы оксигенация оқиғасынан бұрын орын алған уақытша оттегі көбею кезеңдері (иістер) бізге осы тарихи өзгерістердің кезеңдері мен себептері туралы жаңа мәліметтер береді.
Бұл зерттеу атмосфералық оттегінің пайда болуын түсіндіруде жаңа көзқарас ұсынды және Жер тарихындағы ең маңызды геохимиялық өзгерістердің бірі – Жердің оттегімен қанығу процесін толыққанды зерттеуге жол ашты.