o sa dosiaľ myslelo.
V časopise Nature Geoscience to oznámil doktorand Masamiči Hoaši z Kagošimskej univerzity (Japonsko) s kolegami z USA, Austrálie a vlastnej krajiny. Sedemčlenný tím viedol Hiroši Ohmoto z Pennsylvánskej štátnej univerzity v University Park (USA).
Ide o dôležitý poznatok pre datovanie vzniku rozsiahlej fotosyntézy na Zemi, ktorá vytvorila základ potravnej pyramídy a tým celej budúcej pestrej biosféry, vrátane nás ľudí.
Tajomstvo kratónu
Kľúčové nové poznatky priniesli vzorky červeného jaspisu, usadenej kremitej horniny (volá sa tak ale aj známy polodrahokam), ktorá za sfarbenie vďačí minerálu hematit, oxidu železitému. Vedci ich získali diagonálnym vrtom do úpätia istého vrchu v oblasti Pilbara Craton, ktorá leží na severozápade spolkového štátu Západná Austrália.
Tamojší jaspis bol datovaný na 3,46-miliardy rokov a je najstarší známy na svete. Geologické okolnosti nasvedčujú, že de facto od vzniku nebol vystavený pôsobeniu ovzdušia či vody.
(Kratón. skrátená verzia názvu kratogén, je stabilná časť kontinentálnej kôry, akési jadro kontinentu, ktoré sa zachováva počas cyklov splývania a rozbiehania kontinentov, ako protiklad orogénu, horského pásu; existujú však aj kratóny oceánskej kôry. Niektoré kratóny majú viac miliárd rokov.)
Takzvaná pásová železná formácia v Pilbara Craton - tieto horniny veľmi často vystupujú vo výskumoch vzdušného a vodného obsahu kyslíka v súvislosti s evolúciou života.
Foto: Hiroshi Ohmoto/Yumiko Watanabe
Nie vonku, ale vnútri
„Veľa ľudí predpokladalo, že hematit obsiahnutý vo veľmi starých horninách vznikol až neskoršie, a to oxidáciou sideritu (minerál, uhličitan železnatý) v ovzduší, ktoré malo v podstate moderné zloženie," povedal Hiroši Ohmoto. „Práve preto sme chceli vŕtať hlbšie, pod hladinu spodnej vody, aby sme získali vzorky nezvetraných hornín."
A pokračoval: „Všetci súhlasia, že tento jaspis je starý 3,46-miliardy rokov. Ak by však hematit vznikol hocikedy oxidáciou sideritu, hematit by sa mal nájsť na vonkajšej strane sideritu, lenže my sme ho našli vo vnútri." To ale ešte nestačilo.
Mikrofotografia kryštálov sideritu, ktoré majú vnútri červený hematit. Tmavomodrá farba patrí magnetitu a pyritu.
Foto: Hiroshi Ohmoto/Yumiko Watanabe
Dvojaký zrod
Bádatelia následne museli preukázať, či sa predmetný hematit utvoril blízko vodnej hladiny, alebo vo väčšej hĺbke. To možno určiť podľa prípadných stôp účinkov ultrafialovej zložky slnečného svetla, popri kyslíku druhého faktora, ktorý spôsobuje vznik hematitu.
Železné zlúčeniny sa ultrafialovým svetlom môžu pri hladine premeniť na hydroxid železitý, ktorý v podobe drobných častíc klesne na morské dno, kde sa premení na hematit pri teplote najmenej 60-stupňov Celzia. Kyslík teda nie je nevyhnutný.
Ak ale častica hematitu vznikne priamou oxidáciou, nebudú ju tvoriť malé čiastočky, ktoré splynuli do veľkých kryštálov s medzipriestormi, ale jediný kryštál. Nuž a presne toto vedci zistili v prípade pilbarských vzoriek pomocou transmisnej elektrónovej mikroskopie.
Záver: viac kyslíka
Podľa Ohmotovho tímu sa to mohlo stať iba vtedy, ak bolo v oceánskej vode vo väčších hĺbkach ako 200 metrov mnoho kyslíka a pri vysokej teplote sa tam s ňou stretli tekutiny, obsahujúce dvojmocné železo. Silne to pripomína prostredie aj v dnešných podmorských hydrotermálnych prieduchoch.
„Vysvetľuje sa, prečo sa tento hematit vyskytuje iba v oblastiach s aktívnym podmorským vukanizmom," povedal Hiroši Ohmoto. „Znamená to tiež, že pred 3,46-miliardami rokov bol v ovzduší molekulárny kyslík, keďže jediný mechanizmus, akým sa mohol potrebný kyslík dostať do oceánskych hlbín, je jeho prítomnosť v ovzduší."
Bádatelia dokonca dospeli k záveru, že nevyhnutné množstvo kyslíka v hlbinnej vode vyžadovalo, aby ho v ovzduší pred 3,46-miliardami rokov bolo asi toľko, koľko je ho tam dnes. Nuž a to prepokladá hojnú biosféru, hoci v tom čase tvorenú ešte len sinicami a ďalšími mikróbmi, produkujúcimi kyslík.
Návrat do hlbín času
Odborný konsenzus prijíma fosílie mikróbov, ktoré vyzerajú ako dnešné sinice, staré asi 3,2 miliardy rokov. Známe sú aj údajne staršie, zhruba do 3,5 miliardy rokov, a hovorí sa o geologických či geochemických stopách života spred 3,8 miliardy rokov, napríklad v Grónsku, ale predmetné výsledky čelia vážnej kritike.
Možné asi 3,5-miliárdročné fosílie podobné siniciam zo západnej Austrálie. Ak by sa potvrdilo toto vysvetlenie predmetných útvarov (alternatívou je ich vznik anorganickými procesmi), išlo by o najstaršie fosílie pozemských organizmov. Tento primát aktuálne patrí o 300 miliónov rokov mladším analógiám z iných častí sveta.
Ilustrácia: J. W. Schopf, University of California at Los Angeles
Tak či onak, s rozvinutou biosférou na základe fotosyntézy sa ráta od doby pred 2,7 miliardami rokov, pričom vzdušný kyslík sa mal začať významnejšie hromadiť až pred asi 2,4 miliardami rokov. Nové geologické vzorky z Pilbara Craton vracajú diskusiu časovo oveľa hlbšie.
Je tu však dôležitá otázka: Bolo vtedajšie okysličenie hlbinných oceánskych vôd lokálny, regionálny, alebo naozaj globálny jav - ako naznačuje väzba na ovzdušie? A trvalý, alebo dočasný?
Hlavné zdroje: Nature Geoscience online z 15. marca 2009; Komuniké Pennsylvania State University z 24. marca 2009.
