Niklipõud võimaldas õhuhapniku tekke
Umbes 2,4 miljardi aasta eest hakkas olukord kiirelt muutuma. Atmosfääri hakkas kogunema vaba hapnik. Selle sündmuse üksikasjad ei ole teadlastele siiani päris selged. On arvatud, et fotosünteesi käigus meredes tekkinud hapnik ühines merevees lahustunud rauaosakestega, moodustades rauamaagilademed, millest tänapäevane tsivilisatsioon täielikult sõltub. Kui rauda jäi merevees vähemaks, siis pääses osa hapnikust atmosfääri ning hakkas selle koostist tasapisi muutma, tehes seeläbi võimalikuks ka kõrgemate eluvormide tekke, kirjutab Novaator.
Nüüd on ajakirjas Nature avaldatud uuring, milles väidetakse, et lisaks rauale mängis selles protsessis väga olulist rolli nikkel ning seda läbi metaani tekitavate arhede tegevuse. Arhed on ainuraksed organismid, kellel puudub rakutuum, kuid neid ei loeta bakterite hulka kuuluvaks.
Alberta ülikooli uurijad Kurt Konhauseri juhtimisel uurisid maailma erinevaist piirkondadest pärit vöötrauamaagi näidiste jälgelementide (keemiline element, mis moodustab kivimi koostisest vähem kui 0,1 protsenti) kontsentratsiooni. Kivimite vanused ulatusid 3800 miljonist aastast 550 miljoni aastani. Vöötrauamaak on vöödilise väljanägemisega rauamaak, mis koosneb vaheldumisi rauaoksiididest ja silikaatsetest mineraalidest kihtidest. Lisaks rauale sisaldavad nad paljusid teisi elemente, teiste hulgas ka niklit.
Tänapäeval esineb niklit merevees väga vähesel määral, kuid miljardite aastate eest oli nikli kontsentratsioon kuni 400 korda tänasest kõrgem. See oli soodus keskkond metaani tootvatele mikroorganismidele, sest nende ainevahetust katalüüsivad ensüümid kasutavad niklit. Metaan on vaba hapniku olemasolul keemiliselt ebastabiilne ühend, millest moodustub süsinikdioksiid ja vesi. Seega tarbis toodetud metaan kogu fotosünteesivate tsüanobakterite toodetud hapniku ära ning atmosfääri ei kuhjunud mitte hapnik, vaid süsinikdioksiid.
Langus merevee niklikontsentratsioonis oli ränk hoop metaani tootvatele organismidele. Vetikad, tsüanobakterid ja teised fotosünteesivad organismid ei sõltu niklist sellisel määral, mistõttu hapniku produktsioon niklinappuse käes ei kannatanud ning tasapisi hakkas mereveest eraldunud hapnik üha suuremates kogustes atmosfääri kogunema.
Teadlased leidsid, et ajavahemiku 2,7-2,5 miljardit aastat tagasi jooksul langes merevee niklikontsentratsioon poole võrra. „See klapib väga hästi ka atmosfääri hapnikukontsentratsiooni tõusuga," ütleb uuringus osalenud Dominic Papineau Physorgile.
Aga mis põhjustas languse nikli kontsentratsioonis? Küsimuse võiks püstitada ka nii, et miks üldse ookeanid Maa varases ajaloos nii palju niklit sisaldasid. Asi on selles, et Maa on aeglaselt jahtuv planeet. Oma nooruses oli ta palju kuumem ning vulkaaniliselt oluliselt aktiivsem. Sulamaterjali toodi laava näol pidevalt maapinnale ning selle niklisisaldus oli kivimite kõrgema sulamismäära tõttu tänasega võrreldes kõrgem.
Kivimid pole puhtad ained, mistõttu puudub neil kindel sulamispunkt. Kui kivim hakkab sulama, siis osad elemendid liiguvad eelistatult sulafaasi, sest neist koosnevate mineraalide sulamistemperatuur on madalam. Niklit sisaldavate mineraalide sulamistemperatuur on aga keskmisest kõrgem, mistõttu sõltub vulkaaniliste kivimite niklikontsentratsioon magma lähtekivimi sulamismäärast. Mida suurem osa kivimit sulab, seda enam sisaldab tekkinud magma niklit. Seetõttu olid ka kuuma ja noore Maa laavavoolud tänasest oluliselt niklirikkamad.
Maapinnal tardunud laavavoolud hakkasid murenema ning vooluvesi kandis nad lõpuks merre. Seetõttu oligi Maa varased ookeanid väga niklirikkad ning teadlaste arvates on just see põhjus, miks Maa atmosfäär esimese paari miljardi aasta jooksul vaba hapnikku ei sisaldanud. „Nikkel on merevees kõigest tühine jälgelement, kuid meie arvates mängis ta Maa ajaloos väga suurt rolli," ütleb Papineau. Varem nikli ja atmosfääri hapnikukontsentratsiooni seostele keegi Papineau sõnul tähelepanu pööranud ei ole.
