地球の歴史について未だ解明されていない謎の1つは、惑星が数十億年前にどのように酸素を供給され、呼吸可能になったかです。現在、新しい研究では、犯人は地球の外殻を構成する巨大な岩盤であった可能性があると述べています。
これらのいわゆるプレートが動くと、プレートテクトニクスと呼ばれるプロセスで、他のプレートの下に滑り込んだときに、それらは死んだ生き物の炭素に富んだ遺跡を埋めていたでしょう。地球のマントルでは、地殻の下では、炭素は酸素と反応できず、この重要な成分を大気中に残します。
大酸素発生イベントまで、惑星の大気は窒素、二酸化炭素、水蒸気、メタンの混合でした。その後、25億年前、あるクラスの単細胞生物がその二酸化炭素を使用し、廃棄物として酸素を生成し始めました。しかし、酸素は非常に反応性があります。死んだ生物の残骸から浸出する表面の岩や炭素との反応により、元素はすぐに枯渇します。
埋没カーボン
テキサスのライス大学のミーガンダンカンとラージディープダスグプタによる新しい研究は、死んだ生き物からの炭素が地球の地殻の下に押されたか、沈み込んでグラファイトと古代のダイヤモンドを形成したと主張しました。そのため、大酸素発生イベントの一部は、地球の地殻が巨大なプレートに分割されて衝突、揺れ、上下にスライドする「近代的な」プレートテクトニクスの始まりによって引き起こされたと、
このプロセスは、炭素が酸素と反応する時間がないほど十分に効率的であったため、酸素（初期の生き物のすべての廃棄物）が大気中に留まり、今日見られるレベル近くまで蓄積されました。結果：将来の酸素呼吸に適した雰囲気。
「この作業は、今日の沈み込み帯で発生するプロセスを検討することから始まった」とダンカン氏はライブサイエンスに語った。 「それから、古代の沈み込み帯で何が起こったのだろうと思いました。」
ダンカンは、二酸化炭素と水との反応を示す大気のコンピュータモデルを使用しました。 2つが反応すると、分子状酸素（2つの酸素原子で構成される）とホルムアルデヒド（炭素、水素、酸素で構成される化合物）が生成されます。ホルムアルデヒドは必ずしも生物が実際に生成するものではありません。ダンカン氏によると、これはより複雑な有機炭素化合物の代わりとなるものだという。
通常、その反応はバランスが取れています。酸素が循環してより多くの二酸化炭素（CO2）と水を作り、酸素のない雰囲気を残します。プレートテクトニクスの出番だと研究者たちは言った。新しい研究によると、振動板がすべてのホルムアルデヒドを地下に押し、空気中の酸素を増やしました。一方、ホルムアルデヒドが「バランスのとれた」化学反応を促進しないと、余分なCO2が大気中に残り、CO2呼吸器が繁殖し、廃棄物としてさらに多くの酸素を生成するのに役立ちます。
炭素を抑える
彼らの仮説を確認するために、研究者は古代の地殻と実験室での炭素の古い測定値の両方を使用しました。たとえば、一部の古代のダイヤモンドには、生物の組織に見られる炭素同位体である炭素13があります。そのデータは、ある量の有機炭素が明らかにマントル（地球の地殻の下）に到達したことを示した、と研究者達は言った。
次の問題は、炭素がそこに留まるかどうかでした。ダンカンはケイ酸塩ガラスを溶かしてグラファイトを加えました。ガラスは古代の地殻をシミュレートし、黒鉛は生物からの炭素を表したとダンカン氏は語った。次に、圧力と温度を上げ、約14,800気圧から29,000気圧（1平方インチあたり約435,000ポンド）に上げました。その結果、地球の初期のマントルに存在すると思われる条件下では、炭素が岩に溶解する可能性があることが示された。その結果によると、炭素が数百万年もの間地殻の下にとどまり、その後火山が再び噴出する前に、炭素が地殻の下に留まる可能性が高いことがわかりました。
ダンカン氏によると、大酸素発生イベントの正確なメカニズムを突き止めるのは簡単なことではなく、1つだけではなく複数のメカニズムが関係している可能性があります。一つの課題は沈み込みが始まった時のタイムラインであると彼女は言った。
「現代のプレート構造プロセスが常に機能している場合、これは機能しない」とダンカン氏は語った。他の証拠は、初期の地球には最初にプレートテクトニクスがなかった可能性があり、プロセスが後で始まったことを示しているようです、ダンカンは付け加えました。
「表面から除去された有機炭素の量にもよる」とダンカン氏はメールで書いた。 「どれだけの有機炭素が海底に達したか（これは古代の海洋化学に依存する可能性があります。今日起こっていることはわかっています。外に出て測定することができます。古代の岩やダイヤモンドにも見られるので、有機炭素は地球の歴史を通じて存在し、沈み込んでいたと信じています。」
問題は、どれだけの速度でどれだけ速く制限するかである、と彼女は言った。
カリフォルニア大学リバーサイド校の生物地球化学の教授であるティム・ライオンズは、このモデルを岩石の既知の記録に関連付けることは困難であることに同意しました。 「私の質問の1つは、それらのデータを沈み込みの歴史の堅実な記録に結び付けることができるかどうかです」とライオンズは言いました。
「GOEを引き起こすために提案された多くのメカニズムがありました;どれも、それ自体で、記録から観察されたO2増加の大きさを再現することができません」とダンカンは言いました。 「沈み込みを含むこれらのメカニズムの多くが組み合わさったため、O2レベルが上昇し、地球の歴史の残りの部分で維持された可能性があります。」
この研究は、ジャーナルNature Geoscienceに掲載されました（4月25日）。
