एक नए अध्ययन के अनुसार, ऑक्सीजन युक्त वातावरण को स्थायी रूप से होस्ट करने के लिए पृथ्वी का संक्रमण एक रुकने की प्रक्रिया थी जिसे पहले के विश्वास से 100 मिलियन वर्ष अधिक समय लगा।
जब पृथ्वी पहली बार 4.5 बिलियन साल पहले बनी थी, तब वायुमंडल लगभग नहीं के बराबर था ऑक्सीजन। लेकिन २.४३ अरब साल पहले, कुछ हुआ: ऑक्सीजन का स्तर बढ़ने लगा, फिर गिरने के साथ-साथ जलवायु में बड़े पैमाने पर बदलाव हुए, जिसमें कई ग्लेशियर भी शामिल थे, जिन्होंने बर्फ में पूरे विश्व को कवर किया।
इस युग के दौरान गठित चट्टानों में बंद रासायनिक हस्ताक्षर ने सुझाव दिया था कि 2.32 बिलियन साल पहले, ऑक्सीजन ग्रह के वायुमंडल की एक स्थायी विशेषता थी।
लेकिन 2.32 बिलियन साल पहले की अवधि में एक नए अध्ययन से पता चलता है कि ऑक्सीजन का स्तर अभी भी 2.22 बिलियन साल पहले तक आगे-पीछे हो रहा था, जब ग्रह आखिरकार एक स्थायी टिपिंग बिंदु पर पहुंच गया। यह नया शोध, जर्नल में प्रकाशित हुआ प्रकृति 29 मार्च को, वैज्ञानिकों ने ग्रेट ऑक्सीडेशन इवेंट को 100 मिलियन वर्षों तक की अवधि का विस्तार किया। यह ऑक्सीजनकरण और बड़े पैमाने पर जलवायु झूलों के बीच लिंक की पुष्टि भी कर सकता है।
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“हम अब केवल इस घटना की जटिलता को देखना शुरू करते हैं,” यूनिवर्सिटी ऑफ कैलिफोर्निया, रिवरसाइड के एक भूविज्ञानी सह-लेखक एंड्री बेकर ने कहा।
ऑक्सीजन की स्थापना
ग्रेट ऑक्सीडेशन इवेंट में बनाई गई ऑक्सीजन समुद्री साइनोबैक्टीरिया द्वारा बनाई गई थी, एक प्रकार का बैक्टीरिया जो ऊर्जा का उत्पादन करता है प्रकाश संश्लेषण। प्रकाश संश्लेषण का मुख्य उपोत्पाद ऑक्सीजन है, और प्रारंभिक साइनोबैक्टीरिया अंततः ग्रह के चेहरे को हमेशा के लिए रीमेक करने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन का मंथन करता है।
इस परिवर्तन के हस्ताक्षर समुद्री तलछटी चट्टानों में दिखाई देते हैं। ऑक्सीजन रहित वातावरण में, इन चट्टानों में कुछ प्रकार के सल्फर समस्थानिक होते हैं। (आइसोटोप उनके नाभिक में न्यूट्रॉन की बदलती संख्या के साथ तत्व हैं।) जब ऑक्सीजन स्पाइक्स, ये सल्फर आइसोटोप गायब हो जाते हैं क्योंकि रासायनिक प्रतिक्रियाएं जो इसे बनाती हैं, वे ऑक्सीजन की उपस्थिति में नहीं होती हैं।
बेकर और उनके सहयोगियों ने लंबे समय तक इन सल्फर समस्थानिक संकेतों की उपस्थिति और गायब होने का अध्ययन किया है। उन्होंने और अन्य शोधकर्ताओं ने देखा था कि वातावरण में ऑक्सीजन का बढ़ना और गिरावट तीन वैश्विक हिमनदों से पता चलता है जो 2.5 बिलियन और 2.2 बिलियन साल पहले हुए थे। लेकिन विचित्र रूप से, उस अवधि में चौथा और अंतिम हिमस्खलन वायुमंडलीय ऑक्सीजन स्तरों में झूलों से जुड़ा नहीं था।
शोधकर्ताओं को आश्चर्य हुआ, बेकर ने लाइव साइंस को बताया। “हमारे पास चार हिमनद घटनाएं क्यों हैं, और उनमें से तीन को वायुमंडलीय ऑक्सीजन की विविधताओं के माध्यम से जोड़ा और समझाया जा सकता है, लेकिन उनमें से चौथा स्वतंत्र है?”
यह पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं ने दक्षिण अफ्रीका से छोटी चट्टानों का अध्ययन किया। ये समुद्री चट्टानें ग्रेट ऑक्सिडेशन इवेंट के बाद के हिस्से को कवर करती हैं, तीसरे हिमस्खलन के बाद से लगभग 2.2 बिलियन साल पहले तक।
उन्होंने पाया कि तीसरे हिमनदी घटना के बाद वातावरण पहले ऑक्सीजन मुक्त था, फिर ऑक्सीजन बढ़ गई और फिर से गिर गई। 2.32 अरब साल पहले ऑक्सीजन फिर से बढ़ गया – जिस बिंदु पर वैज्ञानिकों ने पहले सोचा था कि वृद्धि स्थायी थी। लेकिन युवा चट्टानों में, बेकर और उनके सहयोगियों ने फिर से ऑक्सीजन के स्तर में गिरावट का पता लगाया। यह बूंद अंतिम हिमनदी के साथ मेल खाती है, जो पहले वायुमंडलीय परिवर्तनों से जुड़ी नहीं थी।
“शुरुआती समय के दौरान वायुमंडलीय ऑक्सीजन बहुत अस्थिर था और यह अपेक्षाकृत उच्च स्तर तक चला गया और यह बहुत कम स्तर तक गिर गया,” बेकर ने कहा। “यही कारण है कि हम पिछले 4 या 5 वर्षों तक उम्मीद नहीं करते थे [of research]”
साइनोबैक्टीरिया बनाम ज्वालामुखी
शोधकर्ता अभी भी काम कर रहे हैं कि इन सभी उतार-चढ़ावों का क्या कारण है, लेकिन उनके पास कुछ विचार हैं। एक प्रमुख कारक मीथेन है, एक ग्रीनहाउस गैस जो कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में गर्मी को फंसाने में अधिक कुशल है।
आज, मीथेन कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में ग्लोबल वार्मिंग में एक छोटी भूमिका निभाता है, क्योंकि मीथेन ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करता है और लगभग एक दशक के भीतर वायुमंडल से गायब हो जाता है, जबकि एस्कॉर्बन डाइऑक्साइड सैकड़ों वर्षों तक चिपक जाता है। लेकिन जब वायुमंडल में कोई ऑक्सीजन नहीं थी, तो मीथेन बहुत लंबे समय तक चला और एक अधिक महत्वपूर्ण ग्रीनहाउस गैस के रूप में काम किया।
इसलिए ऑक्सीजन और जलवायु परिवर्तन का क्रम संभवतः कुछ इस तरह से चला गया: साइनोबैक्टीरिया ने ऑक्सीजन का उत्पादन शुरू किया, जिसने उस समय वातावरण में मीथेन के साथ प्रतिक्रिया की, जिससे केवल कार्बन डाइऑक्साइड पीछे रह गया। खोए हुए मीथेन के वार्मिंग प्रभाव के लिए यह कार्बन डाइऑक्साइड पर्याप्त मात्रा में नहीं था, इसलिए ग्रह ठंडा होने लगा। ग्लेशियरों का विस्तार हुआ, और ग्रह की सतह बर्फीली और ठंडी हो गई।
ग्रह को स्थायी रूप से गहरे फ्रीज से बचाना, हालांकि, सबग्लिशियल ज्वालामुखी थे। ज्वालामुखी गतिविधि ने अंततः ग्रह को फिर से गर्म करने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर को काफी बढ़ाया। जबकि ऑक्सीजन उत्पादन बर्फ से ढके महासागरों में कम हो गया, क्योंकि सियानोबैक्टीरिया को कम धूप मिलती है, ज्वालामुखियों और सूक्ष्मजीवों से मीथेन फिर से वातावरण में निर्माण करना शुरू कर दिया, और चीजों को गर्म कर दिया।
लेकिन ज्वालामुखीय कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर एक और बड़ा प्रभाव था। जब कार्बन डाइऑक्साइड वर्षा के पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है, तो यह कार्बोनिक एसिड बनाता है, जो पीएच-तटस्थ वर्षा जल की तुलना में अधिक तेज़ी से चट्टानों को घोलता है। चट्टानों का यह तेजी से अपक्षय फास्फोरस जैसे अधिक पोषक तत्वों को महासागरों में लाता है। 2 अरब साल से भी पहले, इस तरह के एक पोषक तत्व प्रवाह ने ऑक्सीजन-उत्पादक समुद्री साइनोबैक्टीरिया को उत्पादक उन्माद में चला दिया होगा, फिर से वायुमंडलीय ऑक्सीजन के स्तर को बढ़ाया जाएगा, मीथेन को नीचे गिराया जाएगा और पूरे चक्र को फिर से शुरू किया जाएगा।
आखिरकार, एक और भूगर्भीय परिवर्तन ने इस ऑक्सीजनकरण-हिमनदी चक्र को तोड़ दिया। ऐसा लगता है कि लगभग 2.2 अरब साल पहले यह पैटर्न समाप्त हो गया था जब रॉक रिकॉर्ड में कार्बनिक कार्बन में वृद्धि को दफन होने का संकेत दिया गया था, जो बताता है कि प्रकाश संश्लेषक जीवों में एक विषम दिन था। किसी को भी नहीं पता कि इस टिपिंग पॉइंट ने क्या ट्रिगर किया, हालाँकि बेकर और उनके सहयोगियों ने परिकल्पना की इस अवधि में ज्वालामुखीय गतिविधि ने महासागरों को पोषक तत्वों की एक नई आमद प्रदान की, अंत में सायनोबैक्टीरिया को वह सब कुछ दिया, जिसकी उन्हें जरूरत थी। इस बिंदु पर, बेकर ने कहा, ऑक्सीजन का स्तर जलवायु पर मीथेन के व्यापक प्रभाव को स्थायी रूप से दबाने के लिए पर्याप्त था, और ज्वालामुखी गतिविधि से कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य स्रोत ग्रह को गर्म रखने के लिए प्रमुख ग्रीनहाउस गैस बन गए।
दुनिया भर में इस युग के कई अन्य रॉक सीक्वेंस हैं, बेकर ने कहा, जिसमें पश्चिमी अफ्रीका, उत्तरी अमेरिका, ब्राजील, रूस और यूक्रेन शामिल हैं। इन प्राचीन चट्टानों को यह बताने के लिए अधिक अध्ययन की आवश्यकता है कि ऑक्सीजन के प्रारंभिक चक्र ने कैसे काम किया, उन्होंने कहा, विशेष रूप से यह समझने के लिए कि कैसे उतार-चढ़ाव ने ग्रह के जीवन को प्रभावित किया।
मूल रूप से लाइव साइंस पर प्रकाशित।