To prawdziwa podróż w czasie. Naukowcy użyli najnowszej technologii, by uwolnić prastare powietrze zamknięte w krysztale soli. W ten sposób udało nam się poznać skład ziemskiej atmosfery sprzed 1,4 mld lat.
Wyobraźcie sobie świat, w którym nie ma drzew, kwiatów, a tym bardziej zwierząt. Świat, który jest domeną bakterii, a w oceanach dopiero co nieśmiało zaczynają pojawiać się krasnorosty. To nie jest opis obcej planety, ale nasz własny dom sprzed blisko półtora miliarda lat.
Przez dekady naukowcy, opierając się tylko na pośrednich dowodach geologicznych, mogli jedynie zgadywać z czego składało się wówczas powietrze. Teraz jednak nastąpił przełom, który przypomina w pewnym sensie scenariusz Parku Jurajskiego.
Zespół badaczy z Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) zdołał włamać się do starożytnych kryształów soli, uwalniając bąbelki powietrza uwięzione tam na 1,4 mld lat, na długo przed tym, jak pierwszy dinozaur postawił stopę na Ziemi.
Wyniki tych arcyciekawych badań opublikowano właśnie w magazynie Proceedings of the National Academy of Sciences. Śmiało można powiedzieć, iż okazały się one dużym zaskoczeniem dla świata nauki i wywróciły do góry nogami nasze dotychczasowe postrzeganie historii klimatu.
Wszystko zaczęło się w północnym Ontario, w miejscu, które dziś kojarzy nam się z kanadyjskim chłodem, ale 1,4 mld lat temu przypominało raczej piekielnie gorącą Dolinę Śmierci. W płytkim basenie podzwrotnikowego jeziora woda powoli parowała w słońcu, pozostawiając po sobie halit, czyli sól kamienną.
W procesie krystalizacji doszło do czegoś niezwykłego. Mikroskopijne kropelki solanki wraz z pęcherzykami ówczesnej atmosfery zostały zamknięte wewnątrz struktur mineralnych. Te płynne inkluzje stały się idealnie szczelnymi sejfami, które przetrwały w nienaruszonym stanie ponad miliard lat, czekając na moment, aż technologia pozwoli nam zajrzeć do środka.
Precyzja nowej technologii
Choć o istnieniu pęcherzyków powietrza w soli wiedzieliśmy od dawna, wydobycie z nich wiarygodnych danych było dla nauki prawdziwym nie tyle problemem, co Mount Everestem problemów. Trudność polegała na tym, iż gazy takie jak tlen czy dwutlenek węgla zachowują się inaczej, gdy są rozpuszczone w słonej wodzie, a inaczej w formie gazowej.
Przez lata badacze nie potrafili precyzyjnie odliczyć tych różnic, co prowadziło do zafałszowanych wyników. Przełom przyniósł Justin Park, doktorant z RPI, który pod okiem profesora Morgana Schallera skonstruował niestandardową aparaturę zdolną do analizy tak miniaturowych próbek z niespotykaną dotąd dokładnością.
Dzięki temu urządzeniu naukowcy po raz pierwszy mogli zajrzeć bezpośrednio w skład atmosfery z ery mezoproterozoiku. Nie są to już modele komputerowe ani szacunki oparte na analizie skał osadowych. To twarde dane pochodzące z rzeczywistych próbek powietrza, którym oddychałaby Ziemia miliard lat temu.
Tlenu było więcej, niż przypuszczaliśmy
Najbardziej sensacyjnym odkryciem jest poziom tlenu. Analizy wykazały, iż atmosfera sprzed 1,4 mld lat zawierała około 3,7 proc. dzisiejszego stężenia tego gazu. Choć dla nas taka dawka byłaby zabójczo niska, to z perspektywy ewolucji jest to liczba zaskakująco wysoka.
Do tej pory sądzono, iż w tamtym okresie tlenu było znacznie mniej, a jego poziom był zbyt niski, by wspierać bardziej złożone formy życia. Tymczasem 3,7 proc. to wartość wystarczająca, by mogły funkcjonować prymitywne zwierzęta wielokomórkowe.
To odkrycie rodzi jednak fascynujące pytanie: skoro tlenu było pod dostatkiem, to dlaczego na pojawienie się pierwszych zwierząt musieliśmy czekać kolejne 800 mln lat? Justin Park sugeruje, iż jego próbki mogą być zapisem chwilowego skoku natlenienia w okresie, który geolodzy żartobliwie nazywają „nudnym miliardem”.
Była to epoka niezwykłej stabilności geologicznej i atmosferycznej, w której ewolucja zdawała się niemal stać w miejscu. Być może to właśnie te krótkie epizody wzrostu poziomu tlenu były poligonem doświadczalnym dla natury, przygotowującym grunt pod późniejszą eksplozję życia.
Więcej na Spider’s Web:
Dwutlenek węgla jako ratunek dla zamarzającej planety
Równie interesujące wnioski płyną z analizy dwutlenku węgla. Pomiary Parka wykazały, iż jego stężenie było aż dziesięciokrotnie wyższe niż obecnie. Choć dziś walczymy z nadmiarem CO2 w atmosferze, miliard lat temu ten „super-efekt cieplarniany” był prawdopodobnie tym, co uratowało naszą planetę przed zamienieniem się w gigantyczną kulę lodu.
W tamtym czasie Słońce było bowiem znacznie młodsze i świeciło o około 10-15 proc. słabiej niż dzisiaj. Bez tak potężnej dawki gazów cieplarnianych, Ziemia nie byłaby w stanie utrzymać wody w stanie ciekłym, a życie mogłoby zostać zduszone w zarodku.
Zrozumienie składu atmosfery z tak odległej przeszłości to nie tylko zaspokajanie ciekawości historycznej. To najważniejsze dane, które pomagają nam modelować przyszłość naszego klimatu oraz szukać życia na innych planetach.
Jeśli wiemy, jak zmieniała się atmosfera Ziemi i jak reagowało na to życie, łatwiej nam będzie rozpoznać sygnatury biologiczne na egzoplanetach krążących wokół odległych gwiazd. Dzięki małym kryształkom soli z Ontario zyskaliśmy potężne narzędzie do zrozumienia, jak nasza planeta stała się domem, który znamy dzisiaj.
Główna ilustracja: Mikroskopowy obraz inkluzji płynnych w kryształach halitu sprzed 1,4 mld lat. Fot. Justin Park/RPI
