Dünya'nın Oksijeni Nereden Geldi?

Bugün, Dünya atmosferinin yaklaşık olarak sadece yüzde 21’i oksijenden oluşuyor. Gezegenimizin atmosferinin mevcut nefes alabilir durumuna gelmesi ise çok uzun zaman aldı. Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce soğuyan gezegenimizin çevresinde kalın bir tabaka oluşturan ilk gaz karışımı; metan, hidrojen sülfür ve karbondioksit gibi yanardağların yaydığı türdendi. Sadece Dünya’nın bağırsakları uçucu maddelerle çalkalanmadı, iç Güneş Sistemi’nden sürekli bir soğuk kaya bombardımanı sürekli bir taze malzeme kaynağı sağladı. Daha büyük çarpışmalar ise bazen yüzeyi yeniden ısıttı, toplanan nemi kaynattı ve atmosferin sıcak bir karmaşa olarak kalmasını sağladı.

Gökten yağan bu mineral akışı ise aynı zamanda amonyak şeklinde bol miktarda nitrojen salgılıyordu.  

Oksijen Dünya atmosferinde ne zaman ortaya çıktı?

Detaylar hakkında hala bilmediğimiz çok şey var. Örneğin, erken mineral yağmurunun gezegenimize ne kadar nitrojen sağladığından tam olarak emin değiliz. Lakin yaklaşık 4,3 milyar yıl önce Dünya’nın cehennem gibi koşulları nihayet soğumaya başladı ve uzay kayaları da tufanı hafifledi. Su kütleleri, çeşitli jeokimyasal reaksiyonların gerçekleşmesi için yeterince uzun bir süre birikerek, gezegeni çoğunlukla karbondioksit ve nitrojenden oluşan kalınlaşan bir atmosferle baş başa bıraktı.

Muhtemelen ara sıra volkanik aktiviteden kaynaklanan oksijen kokuları vardı. Ancak tepki vermesi uzun sürmedi ve gezegeni yaklaşık ilk milyar yılı boyunca büyük ölçüde oksijensiz bıraktı.

Peki büyük Oksidasyon Olayı neydi?

Dünyanın biyolojideki ilk girişimlerinin, bir dizi molekülü bir arada tutan enerjiyi alması ve onu organik maddeler oluşturmak için yeniden kullanması gerekecekti. Oyunun başlarında bir noktada, belki de Dünya’nın oluşumunun yüz milyonlarca yılı içinde, güneş ışığının sağladığı enerjiyi belirli kimyasallardan çekmek için bir mekanizma tesadüfen ortaya çıktı. Teknik olarak fotosentez olmasına rağmen, fazla oksijen bırakan türden değildi. Bu ‘oksijenik’ fotosentez çeşidi, öyle görünüyor ki, daha önce olmasa bile 3 milyar yıl kadar önce ortaya çıkmış olabilir. Fotosistem II olarak adlandırılan biyolojik makine, ilkel mikroplara, bol miktarda enerji yüküyle birlikte ihtiyaç duydukları yapı taşlarını oluşturmak için karbon dioksit ve suyu yeniden birleştirmelerine izin vererek bir destek verdi.

Gezegenin okyanuslarında köpüren yüz milyonlarca yıllık oksijen patlamalarına rağmen, atmosferde çok az değişiklik oldu. Bu şaşırtıcı oksijen yokluğunun olası bir açıklaması, gökyüzünde kayan ve en küçük moleküler oksijen izleriyle kolayca reaksiyona giren uçucu gazları bırakan meteoritlerin devam eden çiselemesidir.

Yavaş birikmenin nedeni ne olursa olsun, yaklaşık 2,4 milyar yıl önce oksijen gazının damlaması nihayet önemli seviyelere ulaştı ve Büyük Oksidasyon Olayı olarak bilinen duruma yol açtı.

Oksijen dünyadaki yaşam için iyi bir şey miydi?

Ani oksijen gazı bolluğunun Dünya’nın biyosferi üzerinde ne tür bir etkisi olduğunu söylemek şaşırtıcı derecede zor. Teorik olarak oksijen oldukça reaktif bir elementtir. Bugün bile, hasarsız oksijenin DNA gibi daha hassas organik moleküllerimize yol açabileceği hasarla başa çıkmak için özel enzimlerimiz var. Bu nedenle, oksijenle başa çıkmak için adaptasyonlar olmadan erken organizmaların çok sayıda öleceğini hayal etmek kolaydır. Felaket bir ölümün gerçekleşmiş olması ise tamamen mümkün. 2 milyar yıllık minerallerde kilitli izotoplar üzerinde yapılan araştırmalar, sayısız acı çeken mikrobun minik bedenlerinde karbonun kilitli kalmasıyla oksijen konsantrasyonlarının azaldığını gösteriyor. Yine de bu eski kaydı yorumlamak tam olarak kolay değil; diğer çalışmalar varsayımları sorgulayarak oksijendeki düşüşün büyük bir can kaybından kaynaklanmayabileceğini öne sürüyor.

Yaklaşık 600 milyon yıl önce, atmosferimizdeki moleküler oksijen konsantrasyonları nihayet yüzde 21’e ulaştı. Tarihin bu dönemi, canlıların karmaşıklığının ortaya çıkmasıyla örtüşmektedir. Yüzeyi çizen küresel bir buzul örtüsünden salınan büyük miktarda besin serpilmesinin aksine, oksijenin ne ölçüde bir rol oynadığını doğrudan söylemek zor. Bir yandan oksijen, günümüzde hidrokarbonlardan büyük bir enerji kaynağının serbest bırakılması için vazgeçilmez bir araçtır. Hareket halindeki modern çok hücreli organizma için mükemmel yakıt!

Dünya oksijenini hiç kaybedecek mi?

Güneş parladığı, bitkiler çiçek açtığı ve fotosentez oluştuğu sürece, gezegenimizin atmosferinde her zaman oldukça yeterli miktarda oksijen olacak gibi görünüyor. Ancak elbette ki bu denge kalıcı değildir.

Araştırmacıların ellerindeki bilgilere ve analizlere göre; yaklaşık bir milyar yıl içinde, güneş radyasyonu karbondioksiti parçalayacak kadar güçlü olacak. Gaz olmadan, fotosentez durma noktasına gelecek ve oksijen milyarlarca yıl öncesinden beri görülmeyen seviyelere düşecek.

Editör: Ece Altaylıgil – 28.09.2022