Vědci zjistili, kdy se v zemské atmosféře objevil kyslík

Nové údaje získané během zkoumání izotopových poměrů v paleoproterozoických horninách v Jižní Africe svědčí o tom, že kyslík se stal trvalou součástí zemské atmosféry před 2,22 miliardami let, o 200 milionů let později, než se dříve předpokládalo. Výsledky výzkumu jsou publikovány v časopise Nature.

Předpokládá se, že původně byla zemská atmosféra anoxická a asi před 2,43–2,45 miliardami let byla výrazně obohacena kyslíkem. Tato událost, kterou vědci nazývají kyslíkovou revolucí, umožnila vývoj života na Zemi tak, jak jej známe.

Vědci ze Spojených států, Velké Británie a Dánska analyzovali složení mořských sedimentárních hornin z Jihoafrické republiky, které patří podle doby jejich vzniku k paleoproterozoiku - od 2,5 do 1,6 miliardy let. Pomocí izotopových signatur síry, železa a uhlíku dokázali vědci podrobně rekonstruovat obraz změn redoxních podmínek v oceánu tohoto období a odtud určit hladiny kyslíku v pravěké atmosféře.

Ukázalo se, že počáteční obohacení kyslíkem, až na hodnoty řádově 10-5 od současného, ve skutečnosti proběhlo před asi 2,43 miliardami let. Poté však hladiny O2 opakovaně klesaly a znovu stoupaly, než se staly trvalou součástí zemské atmosféry asi před 2,22 miliardami let.

Podle autorů tyto výkyvy umožňují vysvětlit extrémní klimatické změny, k nimž došlo na počátku prvohor, kdy z geologického hlediska v relativně krátké době zažila Země čtyři zalednění - celá planeta byla zcela pokryta ledem a sněhem po několik milionů let.

Vědci to připisují náhlým změnám v poměru atmosférických plynů - kyslíku na jedné straně a skleníkových plynů, jako je methan a oxid uhličitý - na straně druhé. Je známo, že čím vyšší je úroveň skleníkových plynů, tím silnější je skleníkový efekt, s nímž souvisí oteplování na planetě. Posun směrem ke kyslíku naopak vede k prudkému ochlazení a nástupu další doby ledové.

Vědci se domnívají, že sopky možná byly hlavním zdrojem skleníkových plynů a období oteplování souvisí s aktivními fázemi vulkanismu. A když se sopky uklidnily, znovu nastalo zalednění.

„Před zahájením této práce jsme si kladli otázku, proč došlo ke čtyřem ledovým událostem, když kyslík byl již trvalou součástí atmosféry,“ cituje tisková zpráva Kalifornské univerzity v Riverside slova jednoho z autorů studie, Andreye Bekkera z odboru věd o Zemi a planetách. „Zjistili jsme, že ke konečnému vzestupu kyslíku skutečně došlo až po čtvrtém, posledním zalednění paleoproterozoické éry, a ne před ním, a to je podle našeho chápání řešením hlavní hádanky.“

Vědci se tedy domnívají, že kyslíková revoluce, po níž nastoupilo dlouhé období ekologické stability, nastala o 200 milionů let později, než se dříve předpokládalo.

„Dříve jsme si mysleli, že jakmile hladina kyslíku stoupne, nikdy se nevrátí na nízkou úroveň,“ pokračuje Becker. „Nyní jsme zjistili, že klesala a stoupala, klesala na velmi nízkou úroveň, což může mít dramatické důsledky, pokud jde o pochopení událostí zániku a vývoje života.“

„Nedokážeme pochopit příčiny a důsledky atmosférického okysličení - nejvýznamnějšího faktoru ovlivňujícího obyvatelnost planety, pokud nevíme, kdy skutečně došlo k trvalému okysličení atmosféry,“ říká první autor článku Simon Poulton, biogeochemik z Leedské univerzity ve Velké Británii.

K druhému významnému zvýšení obsahu kyslíku v atmosféře došlo o jeden a půl milionu let později, na přelomu prvohor a kambria, což poskytlo podmínky pro rozvoj složitých forem života.