לפני מיליארדי שנים הסביבה של כדור הארץ הייתה שונה מאוד מזו שאנו מכירים כיום. בעיקרון, האטמוספירה הקדומה של כוכב הלכת שלנו הייתה רעילה לחיים כפי שאנו מכירים אותה, והורכבה מפחמן דו חמצני, חנקן וגזים אחרים. עם זאת, בעידן הפליאפרוטרוזואוזי (לפני 2.5–1.6 מיליארד שנה), חל שינוי דרמטי בו החל להכניס חמצן לאטמוספרה - המכונה אירוע החמצון הגדול (GOE).
עד לאחרונה המדענים לא היו בטוחים אם אירוע זה - שהיה תוצאה של חיידקים פוטוסינתטיים המשנים את האטמוספרה - התרחש במהירות או לא. עם זאת, על פי מחקר שנערך לאחרונה על ידי צוות מדענים בינלאומי, אירוע זה היה מהיר בהרבה ממה שחשבו בעבר. בהתבסס על עדויות גיאולוגיות שהתגלו לאחרונה, הצוות הגיע למסקנה שהחדרת חמצן לאווירה שלנו "דומה יותר לצינור אש" מאשר טפטוף.
המחקר, שכותרתו "evaporites בני שני מיליארד שנה תופסים את החמצון הגדול של כדור הארץ", הופיע לאחרונה בכתב העת מדע. בראשותה של קלרה בלאדלר, עמיתת מחקר בפוסט-דוקטורט במחלקה למדעי הגיאולוגיה בפרינסטון, כלל הצוות גם חברים מהמכון לחלל השיש הכחול למדע, המרכז למדע קרלי, הסקר הגיאולוגי הבריטי, הסקר הגיאולוגי של נורווגיה ומרבית האוניברסיטאות. .
בקיצור, אירוע החמצן הגדול החל לפני בערך 2.45 מיליארד שנה בתחילת האאון הפרוטרוזואוזי. על פי ההערכה, תהליך זה היה תוצאה של חילוף חומרים ציאנו-בקטריות באיטיות מטבוליזם של הפחמן הדו-חמצני (CO2) והפקת גז חמצן, המהווה כיום כ -20% מהאטמוספירה שלנו. עם זאת, עד לא מזמן, מדענים לא הצליחו למקם הרבה בדרך לאילוצים על תקופה זו.
למרבה המזל צוות גיאולוגים מהסקר הגיאולוגי של נורווגיה - בשיתוף עם מרכז המחקר הקארליני בפטרוזבודסק ברוסיה - השיב לאחרונה דגימות של מלחים מגובשים שהשתמרו ברוסיה המתוארכים לתקופה זו. הם הוצאו מחור בעומק של 1.9 ק"מ בקארליה שבצפון מערב רוסיה, מאתר הקידוחים החורשים הפראומטיים (OPH) בחוף המערבי של אגם אונגה.
גבישי המלח הללו, שהם לפני כשני מיליארד שנה, היו תוצאה של התאדות מי ים קדומות. בעזרת דגימות אלה הצליחו בלאטלר וצוותה ללמוד דברים על הרכב האוקיינוסים והאווירה שהייתה על פני כדור הארץ בתקופת ה- GOE. בתור התחלה, הצוות קבע כי הם מכילים כמות גדולה באופן מפתיע של גופרת, שהיא תוצאה של מי ים המגיבים עם חמצן.
כפי שהסביר Aivo Lepland - חוקר בסקר הגיאולוגי של נורווגיה, מומחה לגיאולוגיה מאוניברסיטת טאלין וטכנולוגיה בכירה במחקר - בהודעה לעיתונות האחרונה של פרינסטון:
"זו העדות החזקה ביותר אי פעם שמי הים הקדומים שמהם מינרלו אותם מינרלים היו בריכוזי גופרת גבוהים שהגיעו לפחות ל -30 אחוז מהגולף האוקיאני של ימינו כפי שעולה מההערכות שלנו. זה הרבה יותר גבוה ממה שחשבו בעבר ויחייב חשיבה מחודשת משמעותית על גודל החמצון של מערכת האטמוספרה-אוקיינוס בת 2 מיליארד שנה. "
לפני כן, המדענים לא היו בטוחים כמה זמן לקח לאווירה שלנו להגיע לאיזון הנוכחי של חנקן וחמצן, שהוא חיוני לחיים כפי שאנו מכירים אותה. בעיקרון, הדעה הייתה חלוקה בין שהיא משהו שקרה במהירות, או שהתרחש במהלך מיליוני שנים. חלק גדול מכך נובע מהעובדה שמלחי הסלע העתיקים ביותר שהתגלו תוארכו לפני מיליארד שנה.
"קשה היה לבחון את הרעיונות האלה מכיוון שלא היו לנו עדויות מאותו עידן כדי לספר לנו על הרכב האווירה," אמר בלטרר. עם זאת, על ידי גילוי מלחי סלע בני כ -2 מיליארד שנה, כעת יש בידי המדענים את הראיות שהם צריכים כדי להציב אילוץ על ה- GOE. הממצא היה גם בר מזל מאוד, בהתחשב בכך שדגימות מלחי סלע כאלה שבריריות למדי.
הדגימות ששימשו למחקר זה הכילו הליט (שזהה כימית למלח שולחן או נתרן כלוריד) וכן מלחים אחרים של סידן, מגנזיום ואשלגן - שמתמוססים בקלות לאורך זמן. עם זאת, הדגימה שהושגה במקרה זה השתמרה בצורה יוצאת דופן בעומק כדור הארץ. ככאלה, הם מסוגלים לספק למדענים רמזים שלא יסולאו בפז לגבי מה שקרה בתקופת ה- GOE.
במבט קדימה, סביר להניח שמחקר אחרון זה יוביל למודלים חדשים שיסבירו את מה שהתרחש לאחר ה- GOE שגרם להצטברות גז חמצן באטמוספירה שלנו. כפי שהסביר ג'ון היגינס, פרופסור למדעי הגיאולוגיה בפרינסטון, שסיפק את הפרשנות לניתוח הגיאוכימי:
"זו סוג די מיוחד של פיקדונות גאולוגיים. היו הרבה ויכוחים בשאלה האם אירוע החמצון הגדול, הקשור לגידול וירידה בסימנים כימיים שונים, מייצג שינוי גדול בייצור החמצן, או סתם סף שנחצה. בשורה התחתונה, מסמך זה מספק הוכחות לכך שהחמצן של כדור הארץ לאורך תקופת זמן זו כלל ייצור של חמצן רב ... יתכן שהיו שינויים חשובים במחזורי המשוב על היבשה או באוקיינוסים, או עלייה גדולה בייצור החמצן על ידי מיקרובים, אבל כך או כך זה היה הרבה יותר דרמטי מכפי שהבנו קודם. "
דגמים אלה עשויים לסייע גם במצוד אחר חיים מעבר למערכת השמש שלנו. על ידי הבנת מה שהתרחש בכוכב הלכת שלנו לפני מיליארדי שנים כדי להתאים אותו לחיים, נוכל לאתר את אותם התנאים והתהליכים על כוכבי לכת אחרים.
