पृथ्वी पर ऑक्सीजन कहाँ से आया, नया अध्ययन एक अप्रत्याशित स्रोत का संकेत देता है

मिशिगन, 30 नवंबर : पृथ्वी के वायुमंडल में ऑक्सीजन की मात्रा इसे एक रहने योग्य ग्रह बनाती है. वायुमंडल का इक्कीस प्रतिशत भाग इसी जीवनदायी तत्व से बना है. लेकिन गहरे अतीत में - 2.8 से 2.5 अरब साल पहले नियोआर्कियन युग में - यह ऑक्सीजन लगभग अनुपस्थित थी. तो, पृथ्वी का वातावरण ऑक्सीजनयुक्त कैसे हो गया? नेचर जियोसाइंस में प्रकाशित हमारा शोध, एक नई सम्भावना को जोड़ता है: कि पृथ्वी के शुरुआती ऑक्सीजन का कम से कम कुछ भाग पृथ्वी की ऊपरी सतह के संचलन और विनाश के माध्यम से एक टेक्टोनिक स्रोत से आया.

आर्कियन पृथ्वी

आर्कियन युग हमारे ग्रह के इतिहास के एक तिहाई हिस्से का प्रतिनिधित्व करता है, 2.5 अरब साल पहले से लेकर चार अरब साल पहले तक. यह एलियन पृथ्वी तब एक पानी की दुनिया थी, जो हरे महासागरों से ढकी हुई थी, मीथेन की धुंध में डूबी हुई थी और जिसमें बहु-कोशिकीय जीवन का पूरी तरह से अभाव था. इस दुनिया का एक अन्य अनजान पहलू इसकी टेक्टोनिक गतिविधि की प्रकृति थी. आधुनिक पृथ्वी पर, प्रमुख टेक्टोनिक गतिविधि को प्लेट टेक्टोनिक्स कहा जाता है, जहां महासागरीय आवरण - महासागरों के नीचे पृथ्वी की सबसे बाहरी परत - अभिसरण के बिंदु पर पृथ्वी के मेंटल (पृथ्वी के आवरण और इसके कोर के बीच का क्षेत्र) में डूब जाती है जिसे सबडक्शन जोन कहा जाता है. हालाँकि, इस बात पर काफी बहस है कि क्या प्लेट टेक्टोनिक्स आर्कियन युग में भी सक्रिय थी. आधुनिक सबडक्शन जोन की एक विशेषता ऑक्सीकृत मैग्मास के साथ उनका जुड़ाव है. ये मैग्मा तब बनते हैं जब ऑक्सीकृत तलछट और नीचे का पानी - समुद्र तल के पास ठंडा, घना पानी - पृथ्वी के मेंटल में प्रवेश करता है. यह उच्च ऑक्सीजन और पानी की मात्रा वाले मैग्मा का उत्पादन करता है. हमारे शोध का उद्देश्य यह परीक्षण करना था कि क्या आर्कियन तल के पानी और तलछट में ऑक्सीकृत सामग्री की अनुपस्थिति ऑक्सीकृत मैग्मा के निर्माण को रोक सकती है. नियोआर्कियन मैग्मैटिक चट्टानों में ऐसे मैग्मा की पहचान इस बात का प्रमाण दे सकती है कि सबडक्शन और प्लेट टेक्टोनिक्स 2.7 अरब साल पहले हुए थे.

प्रयोग

हमने सुपीरियर प्रांत के एबिटिबी-वावा उप-प्रांत से 275- से 267 करोड़-वर्ष पुरानी ग्रेनाइट चट्टानों के नमूने एकत्र किए. यह विन्निपेग, मैनिटोबा से सुदूर-पूर्वी क्यूबेक तक 2000 किमी तक फैला सबसे बड़ा संरक्षित आर्कियन महाद्वीप है. इसने हमें नियोआर्कियन युग में उत्पन्न मैग्मा के ऑक्सीकरण के स्तर की जांच करने में मदद की.

मैग्मा या लावा के ठंडा होने और क्रिस्टलीकरण के माध्यम से बनने वाली इन मैग्मैटिक चट्टानों की ऑक्सीकरण-अवस्था को मापना चुनौतीपूर्ण है. क्रिस्टलीकरण के बाद की घटनाओं ने बाद में विरूपण, दबाव या गर्मी के माध्यम से इन चट्टानों का स्वरूप बदल दिया होगा. इसलिए, हमने खनिज एपेटाइट को देखने का फैसला किया जो इन चट्टानों में जिक्रोन क्रिस्टल में मौजूद है. जिरकोन क्रिस्टल तीव्र तापमान और क्रिस्टलीकरण के बाद की घटनाओं के दबाव का सामना कर सकते हैं. वे उन वातावरणों के बारे में सुराग बनाए रखते हैं जिनमें वे मूल रूप से बने थे और स्वयं चट्टानों के लिए सटीक आयु प्रदान करते हैं.

छोटे एपेटाइट क्रिस्टल जो 30 माइक्रोन से कम चौड़े होते हैं - एक मानव त्वचा कोशिका का आकार - जिरकोन क्रिस्टल में फंस जाते हैं. इनमें सल्फर होता है. एपेटाइट में सल्फर की मात्रा को मापकर, हम यह स्थापित कर सकते हैं कि क्या एपेटाइट ऑक्सीकृत मैग्मा से विकसित हुआ है. हम इलिनोइस में आरगोने राष्ट्रीय प्रयोगशाला में उन्नत फोटॉन स्रोत सिंक्रोट्रॉन में एक्स-रे अवशोषण नियर एज स्ट्रक्चर स्पेक्ट्रोस्कोपी (एस-एक्सएएनईएस) नामक एक विशेष तकनीक का उपयोग करके मूल आर्कियन मैग्मा की ऑक्सीजन की उग्रता को सफलतापूर्वक मापने में सक्षम थे - जो अनिवार्य रूप से इसमें मुक्त ऑक्सीजन की मात्रा है.

पानी से ऑक्सीजन बनाना?

हमने पाया कि मैग्मा सल्फर सामग्री, जो शुरू में शून्य के आसपास थी, लगभग 270करोड़ 50 लाख वर्षों में प्रति दस लाख में 2000 भाग तक बढ़ गई. इससे संकेत मिलता है कि मैग्मा अधिक सल्फर युक्त हो गया था. इसके अतिरिक्त, एपेटाइट में एस6+ - एक प्रकार का सल्फर आयन - की प्रबलता ने सुझाव दिया कि सल्फर एक ऑक्सीडाइज़्ड स्रोत से था, जो मेजबान जिरकॉन क्रिस्टल के डेटा से मेल खाता था.

इन नए निष्कर्षों से संकेत मिलता है कि 2.7 अरब साल पहले ऑक्सीडाइज्ड मैग्मास नियोआर्कियन युग में बना था. आंकड़े बताते हैं कि आर्कियन महासागर के जलाशयों में घुलित ऑक्सीजन की कमी ने सबडक्शन क्षेत्रों में सल्फर युक्त, ऑक्सीकृत मैग्मा के जमाव को नहीं रोका. इन मैग्मा में ऑक्सीजन किसी अन्य स्रोत से आया होगा, और अंततः ज्वालामुखी विस्फोट के दौरान वातावरण में फैल गया. हमने पाया कि इन ऑक्सीकृत मैग्मास की घटना सुपीरियर प्रांत और यिलगारन क्रेटन (पश्चिमी ऑस्ट्रेलिया) में प्रमुख सोने के खनिजकरण की घटनाओं से संबंधित है, जो इन ऑक्सीजन युक्त स्रोतों और वैश्विक विश्व स्तरीय अयस्क भंडार के बीच संबंध प्रदर्शित करता है. इन ऑक्सीकृत मैग्माओं के निहितार्थ प्रारंभिक पृथ्वी भूगतिकी की समझ से परे हैं. पहले, यह सोचा जाता था कि आर्कियन मैग्मास का ऑक्सीकरण नहीं किया जा सकता है, जब समुद्र के पानी और समुद्र के तल की चट्टानें या तलछट नहीं थे.

जबकि सटीक तंत्र स्पष्ट नहीं है, इन मैग्माओं की घटना से पता चलता है कि सबडक्शन की प्रक्रिया, जहां समुद्र के पानी को हमारे ग्रह में सैकड़ों किलोमीटर ले जाया जाता है, मुक्त ऑक्सीजन उत्पन्न करता है. इसके बाद यह ऊपरी मेंटल को ऑक्सीडाइज़ करता है. हमारे अध्ययन से पता चलता है कि आर्कियन सबडक्शन पृथ्वी के ऑक्सीकरण में एक महत्वपूर्ण, अप्रत्याशित कारक हो सकता है. जहाँ तक हम जानते हैं, पृथ्वी सौर मंडल में अतीत और वर्तमान का एकमात्र स्थान है जहां प्लेट टेक्टोनिक्स और सक्रिय सबडक्शन होता है. इससे पता चलता है कि यह अध्ययन आंशिक रूप से ऑक्सीजन की कमी के साथ साथ अंततः भविष्य में अन्य चट्टानी ग्रहों पर जीवन की व्याख्या कर सकता है.