ให้ความรู้เกี่ยวกับออกซิเจน

นักวิทยาศาสตร์พบกับความท้าทายครั้งใหญ่เมื่อต้องสร้างองค์ประกอบบรรยากาศในอดีตทางธรณีวิทยาของโลกขึ้นใหม่ เนื่องจากขาดวัสดุตัวอย่างที่ใช้ประโยชน์ได้ หนึ่งในวัสดุอินทรีย์ไม่กี่ชนิดที่อาจเก็บรักษาข้อมูลประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของโลกที่เชื่อถือได้ในช่วงหลายล้านปีคือเรซินจากฟอสซิล (เช่น อำพัน) Ralf Tappert จากสถาบัน Mineralogy and Petrography แห่งมหาวิทยาลัย Innsbruck อธิบายว่า "เมื่อเปรียบเทียบกับสารอินทรีย์อื่นๆ อำพันมีข้อได้เปรียบตรงที่ยังคงสภาพทางเคมีและไอโซโทปแทบไม่เปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาที่ยาวนาน" นักแร่วิทยาและเพื่อนร่วมงานของเขาจากมหาวิทยาลัยอัลเบอร์ตาในแคนาดาและมหาวิทยาลัยในสหรัฐอเมริกาและสเปนได้ทำการศึกษาที่ครอบคลุมเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศของโลกตั้งแต่ยุคไทรแอสซิก การศึกษาได้รับการตี พิมพ์ในวารสาร G eochimica et Cosmochimica Acta ทีมสหวิทยาการซึ่งประกอบด้วยนักวิทยาแร่ นักบรรพชีวินวิทยา และนักธรณีเคมี ใช้คุณสมบัติการคงสภาพของเรซินพืชซึ่งเกิดจากการพอลิเมอไรเซชันในการศึกษาของพวกเขา Ralf Tappert อธิบาย "ในระหว่างการสังเคราะห์แสงของพืชจะจับกับคาร์บอนในชั้นบรรยากาศ ซึ่งองค์ประกอบของไอโซโทปจะถูกรักษาไว้ในเรซินเป็นเวลาหลายล้านปี และจากสิ่งนี้ เราสามารถสรุปความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศได้" ข้อมูลเกี่ยวกับความเข้มข้นของออกซิเจนมาจากองค์ประกอบของไอโซโทปของคาร์บอนหรือมากกว่าจากอัตราส่วนระหว่างไอโซโทปของคาร์บอนที่เสถียร12 C และ13 C ออกซิเจนในบรรยากาศระหว่าง 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ ทีมวิจัยวิเคราะห์ตัวอย่างอำพันทั้งหมด 538 ตัวอย่างจากแหล่งสะสมอำพันที่มีชื่อเสียงทั่วโลก โดยตัวอย่างที่เก่าแก่ที่สุดมีอายุประมาณ 220 ล้านปีและค้นพบจากโดโลไมต์ในอิตาลี ทีมงานยังได้เปรียบเทียบอำพันฟอสซิลกับเรซินสมัยใหม่เพื่อทดสอบความถูกต้องของข้อมูล ผลการศึกษาที่ครอบคลุมนี้ชี้ให้เห็นว่า ออกซิเจน ในบรรยากาศในช่วง 220 ล้านปีที่ผ่านมาส่วนใหญ่ต่ำกว่า 21 เปอร์เซ็นต์ในปัจจุบันอย่างมาก "เราแนะนำตัวเลขระหว่าง 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์" Tappert กล่าว ความเข้มข้นของออกซิเจนเหล่านี้ไม่เพียงแต่ต่ำกว่าปัจจุบันเท่านั้น แต่ยังต่ำกว่าการสำรวจก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่ที่เสนอในช่วงเวลาเดียวกันอีกด้วย ตัวอย่างเช่น สำหรับยุคครีเทเชียส (65 - 145 ล้านปีก่อน) ก่อนหน้านี้แนะนำให้ใช้ออกซิเจนในชั้นบรรยากาศมากถึง 30 เปอร์เซ็นต์ ผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศและสิ่งแวดล้อม นักวิจัยยังเชื่อมโยงออกซิเจนในชั้นบรรยากาศต่ำกับการพัฒนาภูมิอากาศในประวัติศาสตร์ของโลก "เราพบว่าระดับออกซิเจนต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกิดขึ้นพร้อมกับช่วงเวลาของอุณหภูมิโลกที่สูงขึ้นและความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์สูง" แทปเพิร์ตอธิบาย นักวิทยาแร่แนะนำว่าออกซิเจนอาจส่งผลต่อระดับคาร์บอนไดออกไซด์ และในบางกรณีอาจเร่งการไหลของคาร์บอนไดออกไซด์สู่ชั้นบรรยากาศ "โดยพื้นฐานแล้ว เรากำลังเผชิญกับปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างง่ายที่ขยายตัวโดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่มีอุณหภูมิสูง เช่น ในช่วงยุคครีเทเชียส" ดังนั้น นักวิจัยจึงสรุปได้ว่าการเพิ่มขึ้นของระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดจากการวัลคาไนซ์ที่รุนแรงมากมาพร้อมกับการลดลงของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ สิ่งนี้จะชัดเจนเป็นพิเศษเมื่อดูประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาในช่วง 50 ล้านปีที่ผ่านมา จากผลการศึกษานี้ อุณหภูมิที่ต่ำเมื่อเทียบกับอดีตที่ผ่านมา (เช่น ยุคน้ำแข็ง) อาจเนื่องมาจากไม่มีเหตุการณ์การหลอมละลายขนาดใหญ่และการเพิ่มขึ้นของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ ออกซิเจนอาจไม่ใช่สาเหตุของความใหญ่โต จากผลการศึกษา ออกซิเจนอาจมีอิทธิพลทางอ้อมต่อสภาพอากาศ สิ่งนี้อาจส่งผลต่อวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลกด้วย ตัวอย่างที่รู้จักกันดี ได้แก่ ไดโนเสาร์: ทฤษฎีมากมายเกี่ยวกับความใหญ่โตของสัตว์เสนอคำอธิบายในระดับสูงของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ ตอนนี้ Tappert แนะนำให้พิจารณาทฤษฎีเหล่านี้ใหม่: "เราไม่ต้องการลบล้างอิทธิพลของออกซิเจนสำหรับวิวัฒนาการของชีวิตโดยทั่วไปด้วยการศึกษาของเรา แต่ทฤษฎีเหล่านั้นไม่สามารถอธิบายความใหญ่โตของไดโนเสาร์ได้" ทีมวิจัยแนะนำให้ทำการศึกษาเพิ่มเติมและตั้งใจที่จะวิเคราะห์เรซินพืชที่มีอายุมากกว่า