A vulkánoknak nagy szerepe lehetett az élet kialakulásában. Az élő szervezetek, a magasra törő zsiráfoktól a földalatti baktériumokig, létfontosságú biokémiai folyamatokban támaszkodnak a nitrogénre. Az aminosavak, az RNS, a DNS és a klorofill mind tartalmazzák ezt az alapvető elemet. Annak ellenére, hogy a nitrogén a Föld légkörének közel 80%-át teszi ki, a legtöbb élőlény nem tudja közvetlenül felhasználni a légköri nitrogéngázt (N₂), mivel erős hármas kötése miatt inaktívvá válik.
A rejtély, hogy hogyan alakulhatott ki a nitrogénfüggő élet egy ilyen nitrogénben gazdag, de biológiailag hozzáférhetetlen környezetben, évek óta fejtörést okoz a tudósoknak. A legújabb kutatások szerint azonban a válasz a Föld korai vulkánjainak tüzes belsejében rejlik — számolt be róla a SciShow.
A légköri nitrogén hozzáférhetetlensége
A nitrogéngáz két nitrogénatomból áll, amelyeket három erős kémiai kötés tart össze, így nagyrészt inaktív. Ez azt jelenti, hogy a legtöbb szervezet nem tudja közvetlenül felhasználni. Ahhoz, hogy hozzáférhetővé váljon, a nitrogénnek “fixálódnia” kell – más formává kell átalakulnia. Míg az ember ezt műtrágyák előállítása során iparilag valósítja meg, a természetben a nitrogénmegkötés két elsődleges folyamatra támaszkodik.
A villám hatalmas energiájával képes a nitrogénkötéseket megbontani, nitrogén-oxidokat létrehozva, amelyek az esővel a földre hullanak. Ez azonban a szervezetek számára évente rendelkezésre álló nitrogénnek csak mintegy 1%-át teszi ki. A nitrogénmegkötés nagy részét baktériumok és archaea baktériumok végzik, amelyek kifejlesztették a nitrogén hármas kötéseinek felbontására való képességet, és a N₂-t ammóniává alakítják, amelyet más baktériumok nitrátokká és nitritekké alakítanak, amelyeket a növények és más szervezetek használhatnak.
A nitrogénmegkötés eredete: A geológiai rejtély
Továbbra is megoldatlan az az alapvető kérdés, hogy hogyan kezdődött a nitrogénmegkötés a Földön. Széles körben elterjedt nézet, hogy a kezdeti nitrogénmegkötésnek nem biológiai úton kellett történnie, de konkrét geológiai bizonyíték ennek alátámasztására kevés van.
Az egyik elmélet szerint a vulkánkitörések nitrogént juttattak a légkörbe, amelyet aztán a villámok és meteorbecsapódások nitrogén-oxiddá alakítottak, ami a vízzel és a fénnyel való reakciókon keresztül nitrátok és nitritek kialakulásához vezetett. Ez a folyamat azonban rendkívül lassú lett volna a nitrogénmegkötés jelenlegi sebességéhez képest.
Egy másik hipotézis szerint a nitrogén megkötése akkor történhetett, amikor a légköri nitrogén magas hőmérsékleten, hidrotermális nyílások közelében vas- vagy vas-szulfid-ásványokkal lépett reakcióba. Közvetlen megfigyelések azonban nem támasztják alá ezt az elméletet.
Egy nemrégiben készült tanulmány egy meggyőző hipotézist kínál: a jelentős villámlást okozó vulkánkitörések kulcsfontosságúak lehettek a korai nitrogénmegkötés szempontjából. A vulkáni villámlásokat a vulkáni füstben összeütköző hamu- és kőzetrészecskék okozzák, amelyek elektromos töltéseket generálnak. Egy 2022-es kitörés például hat óra alatt 400 000 villámcsapást eredményezett.
A vulkáni lerakódásokból származó bizonyítékok
A kutatók Törökországban és Peruban található ősi vulkánokból származó lerakódásokat vizsgáltak, eredetileg egy szulfátokra összpontosító éghajlati tanulmányhoz. Váratlanul nagy mennyiségű kötött nitrogént találtak. E megállapítások megerősítése érdekében összehasonlították őket egy újabb olaszországi kitörésből származó lerakódásokkal, kizárva az életkort vagy a száraz éghajlatot mint tényezőt.
A lerakódásokban lévő oxigén izotópos összetételének elemzésével megállapították, hogy a nitrogénnek a légkörben kellett rögzülnie, valószínűleg villámlással. Ez a felfedezés azt sugallja, hogy a vulkánkitörések, a bőséges villámlással, döntő szerepet játszhattak a biológiailag hozzáférhető nitrogén létrehozásában a korai Földön.
A kutatók becslése szerint egyetlen hatalmas vulkánkitörés körülbelül 60 teragramm (60 milliárd kilogramm) nitrogént tudott megkötni, ami messze meghaladja a zivatarok villámlásának kapacitását. Ez a hatalmas mennyiségű rögzített nitrogén beáramlása, a vulkáni hamuból származó más alapvető ásványi anyagokkal együtt, biztosíthatta a korai élet beindításához szükséges tápanyagokat.
Összefoglalva, úgy tűnik, hogy a vulkánkitörések és a hozzájuk kapcsolódó villámlások a Föld nitrogénciklusának eredetének megértésében a kirakós játék kritikus darabja. Ezek a tüzes jelenségek biztosíthatták a nitrogénmegkötéshez szükséges feltételeket, lehetővé téve az élet kialakulását bolygónkon.
Ezeket a cikkeket is érdemes elolvasni:
itt tudod támogatni az oldalunkat
Érdemes elolvasni
Santorini titkos tűzforrása: Mi vár ránk a következő kitöréskor?
Mitől volt a Concorde olyan gyors?
Az 50 éve leállt Skynet műhold nem ott van, ahol lennie kéne
Pénteken indul Budapest két legnagyobb karácsonyi vásárja, ingyenes és pénztárcabarát opciókkal
„Új világrendet” hirdetett Putyin nyilvános beszéde után
700 éves, valódi Excaliburt találhattak egy sziklába ragadva