酸素化に向けた2億年の旅

最近の発見によると、地球の「大酸化事件」は2億年以上にわたって行われました。

新しい研究では、大気と海洋酸素の上昇が生命体の進化に重要な地質学的および生物学的要因の影響を受け、2億年以上続いた動的なプロセスであったことを明らかにし、大酸化事象の複雑さを強調しました。

大酸化イベント

約25億年前、自由酸素、すなわちO₂最初は地球大気に意味のあるレベルに蓄積し始め、進化する惑星から複雑な生命体が出現できる足場を設けました。

科学者たちはこの現象を大酸化事象と呼びます。 しかし、Oの初期蓄積₂ ユタ大学のある地球化学者が主導した新しい研究によると、地球上の生命体はその名前が暗示するほど単純ではなかった。

この「事件」は少なくとも2億年間続きました。 そしてOの蓄積を追跡₂ 地質学および地球物理学科の助教授であるチェドリン・オーストランダー（Chadlin Ostrander）は、海での海洋探査はこれまで非常に難しかったと述べました。

「新しいデータはOの初期上昇です。₂ 地球大気の変化は動的で、おそらく2.2年まで展開され続けました。 6月12日、ジャーナルで発表された研究の主な著者であるOstranderは言いました。 自然。 「私たちのデータはこれらの力学を海に拡張し、さらに一歩進み、この仮説を検証します。」

塗られたオーストランダー。 出典：ユタ大学チャド・オーストランダー

海洋シェールの洞察力

彼の国際研究チームは次のような支援を受けています。 NASA 南アフリカのTransvaal Supergroupの海洋シェールに焦点を当てた外生学プログラムは、地球史上この重要な期間に海洋酸素化のダイナミクスに関する洞察を提供します。 安定タリウム（Tl）同位体比と酸化還元に敏感な元素を分析することで、海洋酸素の変動の証拠を発見しました。₂ 大気酸素の変化と一致するレベル。

この発見は、地球のOを形成する複雑なプロセスの理解を高めるのに役立ちます。₂ 私たちが知っている生命の進化の道を磨いた地球史上重要な時期の水準です。

初期海洋条件の理解

マサチューセッツ州ウズホール海洋学研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)で昨年U教授陣に加わったオーストランダー(Ostrander)は「私たちは地球初の生命体が始まり、進化した海で何が起きているのか全く分かりません。」と言いました。 「だからOを知る₂ 海洋の含有量とそれが経時的にどのように進化したかは、おそらく初期の生命体にとっては大気よりも重要です。

この研究は、Ostranderの共著者であるイギリスのリーズ大学のSimon Poultonと、カリフォルニア大学リバーサイドのAndrey Bekkerの研究に基づいて行われました。 中 2021年の研究彼らの科学者チームはOを見つけました。₂ 全地球的酸素化過程が始まってから約2億年になり、大気の永久的な一部となりました。 これは以前考えたよりずっと遅いです。

大気と海洋の酸素変動

無酸素雰囲気の「スモーキングガン」の証拠は、GOE以前の堆積記録に希少で質量に依存しない硫黄同位元素の特徴が存在することです。 地球上でこれらの硫黄同位元素の特徴を生成するプロセスはほとんどなく、既知のところによれば、岩石記録でこれらのプロセスを保存するには大気中Oがあってはならないことがほとんど明らかです。₂。

地球の存在の前半の間、大気と海洋にはほとんどOがありませんでした。₂。 このガスは、GOE以前は海のシアノバクテリアによって生産されたようです。₂ 露出した鉱物や火山ガスとの反応により急速に破壊されました。 Poulton、Bekker、および同僚は、希少な硫黄同位体の特徴が消えて再び現れることを発見しました。これは複数のOがあることを示唆しています。₂ GOE中に大気から上昇および下降します。 これは単一の「イベント」ではありませんでした。

地球の酸素化の課題

「地球は酸素の生産が始まると酸素を供給する準備ができていませんでした。 地球は酸素化を助けるために生物学的、地質学的、化学的に進化するのに時間が必要でした」とOstranderは言いました。 「それはティータートーターのようなものです。 酸素が生成されますが、酸素破壊が多すぎて何も起こりません。 私たちは、いつも天びんが完全にひっくり返され、地球が無酸素雰囲気に戻ることができないかどうかを調べるためにまだ努力しています。

今日はああ₂ 重量基準で大気の21％を占め、窒素の次に多いです。 しかし、GOEの後、酸素は何億年もの間大気の非常に小さな成分として残りました。

高度な同位体分析技術

Oの存在を追跡するには₂ GOE期間中、海洋では、研究チームは安定タリウム同位体のOstranderの専門知識に頼っていました。

同位元素は中性子の数が等しくなく、重量がわずかに異なる同じ元素の原子です。 特定の元素の同位体比は、考古学、地球化学、および他の多くの分野の発見に力を与えました。

タリウム同位元素と酸素指標

質量分析法の発展により、科学者たちはタリウムのように周期律表から離れている元素の同位体比を正確に分析できるようになりました。 幸いなことに、Ostranderと彼のチームにとって、タリウム同位体比は、Oが必要なプロセスである海底酸化マンガン店に敏感です。₂ 海水から。 研究チームは最近、大気中のOを追跡することが判明した同じ海洋シェールでタリウム同位体を調査しました。₂ 希少硫黄同位体によるGOE中の変動

シェールでは、Ostranderと彼のチームは、より軽い質量のタリウム同位体が顕著に豊富であることを発見しました。²⁰³Ｔｌ）、海底酸化マンガン埋没、したがってＯ蓄積で最もよく説明されるパターン₂ 海水から。 これらの濃縮物は、希少硫黄同位元素の特徴を欠いており、大気がもはや無酸素状態ではない同じサンプルに見られました。 ケーキの上の装飾： ²⁰³まれな硫黄同位体署名が返されると、Tl濃縮は消えます。 これらの発見は、古代Oの変化を追跡するためのより古典的なツールであるレドックスに敏感な元素濃縮によって確認されています。₂。

「黄同位元素では大気が酸素化されたと言い、タリウム同位元素では海が酸素化されたと言います。 そして、硫黄同位元素が大気が再び無酸素状態に戻ったと言ったとき、タリウム同位元素は海についても同じことを言います。」とOstranderは言いました。 「それで大気と海は一緒に酸素を供給され、酸素は取り除かれました。 これは古代の地球に興味を持っている人のための新しくて素晴らしい情報です。

参照：Chadlin M. Ostrander、Andy W. Heard、Yunchao Shu、Andrey Bekker、Simon W. Poulton、Kasper P. Olesen、およびSune G. Nielsenによる「23億年前の大気 – 海洋酸素化の結合開始」、2024年6月12日、 自然。
DOI: 10.1038/s41586-024-07551-5