TEMA BROJA

Duboko u planetarnoj unutrašnjosti

Do otkrića vrlo značajne uloge minerala majorita - Mg3(Fe,Al,Si)2(SiO4)3 kao kiseoničkog rezervoara, stručnjaci iz Bona došli su njegovim laboratorijskim ispitivanjem. Majorit se obično javlja na dubini od nekoliko stotina kilometara, pod izuzetno velikim pritiskom i temperaturom, i u tim uslovima “čuva” i kiesonik. Tamo gde je najbliži zemljinoj površini, razlaže se i oslobađa kiseonik, ostavljajući mu da se vezuje za vodonik iz zemljine unutrašnjosti i formira vodu. Bez ovog mehanizma, naša “plava planeta” bila bi suva i beživotna kao Mars.

I poslovično “čvrsto tlo” pod našim nogama je, zapravo, u stalnom kretanju, objašnjavaju stručnjaci iz Bona u magazinu “Nejčer” (Nature). Na granicama između tektonskih ploča, u zonama gde se one podvlače jedna ispod druge, naizgled čvrsto tle stotinama kilometara “uranja” u vrelu zemljinu unutrašnjost, noseći u sebi kiseonik u obliku gvožđe-oksida, što je kiseonik zemljine kore koji potiče iz vremena nastanka svemira. Dok se zemljina kora topi u uslovima visokog pritiska i temperature, gvođže-oksid podleže hemijskoj promeni u kojoj njegova kiseonička komponenta postaje reaktivnija. Pri tom, ona menja i sredstvo daljeg “transportovanja” i inkorporira se u egzotični mineral majorit, koji se javlja samo na tim dubinama od više stotina kilometara.

“Lift” za vazduh

Što je veći pritisak, više kiseonika može biti uskladišteno u majorit, objašnjava u pomenutom američkom časopisu prof. Kristijan Balhaus, iz Minerološkog instituta Univerziteta u Bonu. On, potom, majorit opisuje kao neku vrstu “lifta” za kiseonik, koristeći izraz “strujanje” ili “prenošenje”, ali sad u suprotnom pravcu: mineral se ka plićim slojevima zemljine kore podiže kao topao vazduh iznad grejača. Kako se približava površini, pritisak u kori postaje isuviše slab da bi održao majorit, i mineral se razgrađuje. To je tačka u kojoj se oslobađa kiseonik, napominje Balhaus, vođa prvog naučnog tima koji je opisani mehanizam istražio u laboratorijskim uslovima. Nadomak površine, kiseonik postaje dostupan za sve oksidacione reakcije koje su od suštinskog značaja za život na zemlji.

Prema saznanjima do kojih se došlo na Univerzitetu u Bonu, planete koje nisu dovoljno velike nemaju šanse da formiraju stabilnu atmosferu sa dovoljnom količinom vode, jer pritisak u njihovom omotaču nije dovoljno visok da skladišti kiseonik u steni i da ga ponovo oslobađa kroz površinu. Prema toj teoriji, Mars se, kao gotovo dvostruko manja planeta od Zemlje, davno ohladio do nivoa na kome više ne može biti nikakvog kretanja u njegovom omotaču. Njegova kora je izgubila svaku sposobnost da transportuje kiseonik i održava trajnu atmosferu bogatu vodom. Samo ako su temperature u unutrašnjosti neke planete dovoljno visoke da u njoj održe jezgro tečnog metala, može se razviti i magnetno polje. Magnetno polje deluje kao odbrambeni bedem za solarne vetrove. Da nije tako, solarni vetrovi bi vremenom jednostavno oduvali atmosferu.

Vreme velike oksidacije

Dva međunarodna naučna tima izveštavaju da su se tragovi kiseonika u zemljinoj atmosferi pojavili 50 do 100 miliona godina pre takozvane “Velike oksidacije”, događaja koji datira između 2.3 i 2.4 milijarde godina unatrag kada je, kako smatra većina geoloških stručnjaka, količina atmosferskog kiseonika naglo narasla. U projektu koji je ujedinio istraživače pet velikih američkih univerziteta, i finansijsku podršku NASA Astrobiološkog instituta (NAI) i Nacionalne naučne fondacije (NSF), pomenuti timovi geologa analizirali su slojeve sedimentnih stena iz Hamersli kotline, u zapadnoj Australiji. Tamo su, tvrde, našli dokaz da je mala ali značajna količina kiseonika - tek njegov dašak - ipak bila prisutna u okeanima a verovatno i u Zemljinoj atmosferi. U časopisu “Sajens” (Science), oni objašnjavaju da su uhvatili delić vremena neposredno pre “Velike oksidacije”, a sve na osnovu analize geohemijskih i bioloških tragove iz vremena uoči naglog porasta atmosferskog kiseonika koje su pronašli u sedimentnim stenama na dubini od 908 m.

Organizmi naučili da prave kiseonik

Jedna istraživačka grupa započela je pregled odabranih grupa škriljaca iz kasnog arhaika, pronađenih u gornjih 200 m bušotine analizom količine tragova metala molibdena, renijuma i uranijuma. Količina ovih metala u okeanima i sedimentima zavisi od količine kiseonika u okolini. Uzorci stena su mleveni u prah, prah je potapan u kiselinu i, uz pomoć plazminog spektometra, analiziran je vaporizovani kiseli rastvor. Druga grupa se bavila sumporom. Sasvim neočekivano, ta analiza otkrila je neobične i zanimljive varijacije u hemiji sumpora pa je istraživanje ubrzano da bi se videlo postoje li na tim istim mestima i varijacije u količinama metala. I nađene su, što je bio dokaz da je na tom mestu kiseonik postojao čak 50 do 100 miliona godina ranije nego što se isprva mislilo.

U prvoj polovini Zemljine istorije duge 4,56 milijardi godina, u njenom okruženju gotovo da nije bilo kiseonika, osim onog koji je sa vodonikom gradio vodu. A onda, pre oko 2,3 ili 2,4 milijardi godina, količina kiseonika u atmosferi i okeanima naglo je porasla. Naučnici su to nazvali “Velikom oksidacijom”. Bio je to veliki korak u istoriji Zemlje, ali njegov uzrok je ostao nerazjašnjen.

Kako se dogodilo da zemljina atmosfera, do tada bez kiseonika, odjednom postane bogata njime? Zašto se to desilo tako brzo, i zašto se količina kiseonika stabilizovala na sadašnjih 21 odsto? Proučavanje dinamike koja je dovela do prisustva kiseonika u zemljinoj atmosferi produbljuje razumevanje složenih interakcija između biologije i geohemije, a rezultati ovih istraživanja podupiru ideju da je naša planeta evoluirala zajedno sa životom na njoj, kaže u časopisu “Sajens” Karl Pilčer, direktor NAI. Jedno od objašnjenja za ovakve nalaze jeste to da su davni preci današnjih biljaka, u to vreme, već počeli da proizvode kiseonik procesom fotosinteze. Štaviše, mnogi geolozi smatraju da su živi organizmi počeli da proizvode kiseonik i mnogo ranije, ali da je taj kiseonik bivao uništen u reakcijama sa vulkanskim gasovima i stenama. Studija američkih naučnika potvrđuje mogućnost da su organizmi “naučili” da proizvode kiseonik mnogo pre “Velike oksidacije” i da je rast kiseonika u atmosferi bio usmeravan geološkim procesima. Za proučavanja ekoloških i klimatskih promena ovo je relevantno pre svega zato što pomaže da se razumeju interakcije biologije, geologije i sastava atmosfere. U bližoj budućnosti, biće to jedini pravi način za traženje dokaza o postojanju života na drugim planetama. Čovek nije daleko od toga da može da detektuje planete slične Zemlji na drugim mestima u galaksiji, tvrde naučnici, i biće sposoban da koristi teleskope za merenje sadržaja kiseonika u njihovim atmosferama.

G.T.