Oksijen Dünya Atmosferinde Nasıl Birikti?

Oksijen Dünya atmosferinde 850 milyon yıl önce nasıl birikti ve canlılar nasıl karaya çıktı? Dünyanın kendi çevresinde dönüşü havanın oksijenlenmesini nasıl etkiledi? Hepimiz yaşamak için oksijen solumaya muhtacız. Metanojen bakteriler bile redoks sürecinde, yani enerji üretirken oksijen atomlarını kullanır. Peki oksijen 850 milyon yıl önce atmosferde nasıl birikti? Serbest oksijen 2,45 milyar yıl önce ortaya çıkmasına rağmen, neden havadaki oksijen 850 milyon yıl önce artmaya başladı? Bu yazı canlıların karaya çıkmasının asıl öyküsüdür. Karmaşık yaşamın kökenini temiz hava alarak görelim.

Oksijen dünya atmosferinde geç birikti

Oksijen bildiğimiz anlamda yaşam ve özellikle de karada yaşayan memeliler gibi karmaşık canlı türlerinin yaşaması için şarttır. Oysa Dünya atmosferinde serbest oksijen birikmesi milyarlarca yıl sürdü. 2,45 milyar yıl öncesine dek atmosferde hemen hiç oksijen yoktu. Hatta sığ denizleri saymazsınız okyanuslar da oksijen içermiyordu. 1,85 milyar öncesine kadar siyan bakteriler binde 2 ila 4 atmosfer basınç oluşturacak kadar oksijen ürettiler.

Oysa bunu da okyanuslar ve deniz tabanındaki kayalar emdi. Öyle ki ozon tabakası Güneş’in DNA’ya zarar veren morötesi ışınlarını kesecek denli kalınlaşana ve havada serbest oksijen miktarı artana dek canlılar denizlerden karalara çıkmadı. Dünya atmosferi ancak 850 ila 600 milyon yıl önce oksijenlenmeye başladı. Peki bu nasıl oldu? Bu, Dünya’nın kendi çevresinde dönüş hızıyla ilgilidir:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Dünyanın dönüş hızı

Yeni yayınlanan bir araştırmaya göre havadaki oksijen oranın artması Dünya’nın kendi çevresinde dönüş hızına bağlıdır. Milyarlarca yıl önce atmosfer hemen hiç oksijen içermiyordu. Oksijen miktarı 2,45 milyar önce artmaya başladı. Bugünkü değeri olan yaklaşık yüzde 21’e ise 250 milyon yıl önce ulaştı. Öyle ki 600 milyon yıl önce havadaki oksijen bugünkünün beşte biriydi. Gerçi kömür yataklarının kökeni olan ormanların oluştuğu 300 milyon yıl önceki karbonifer devrinde oksijen oranı yüzde 35’i buldu.

Bu dönemde Dünya’nın ortalama sıcaklığı da günümüzden 8 derece yüksek olarak 23 dereceyle rekor kırdı. Oysa Büyük Ölüm’ün ardından sıcaklıklar düştü ve oksijen değeri güncel değere geriledi. Demek ki oksijen miktarı çok hassas bir dengededir. Küresel ısınma atmosferdeki karbondioksit miktarını artırarak dengeyi bozarsa Büyük Ölüm gibi yeni bir toplu soy tükeniş yaşanabilir. Oksijen düzeyinin ne kadar hassas olduğunu anlamak için Dünya’nın nasıl oluştuğuna kısaca bakalım. Sonuçta oksijen artışını gezegenimizin kendi çevresinde dönüş hızı belirledi. Bu da Dünya’nın oluşumuna bağlıdır:

Oksijen dünya ile dönüyor

Yaklaşık 4,51 milyar yıl önce, yani Dünya sadece 20–40 milyon yaşındayken gezegenimize Mars büyüklüğünde Theia adlı gezegen çarptı. Dev uydumuz Ay bu çarpışmayla oluştu. Çarpışma sonucunda Dünya’nın açısal momentumu arttı ve kendi çevresinde çok hızlı dönmeye başladı. Nitekim Ay oluştuğu zaman bir gün sadece 4 saat sürüyordu. Oksijen oranının iyice artmaya başladığı 600 milyon yıl önce bir gün 21 saatti. İlk ormanların ortaya çıktığı karbonifer döneminin başlangıcında ise 22 saat sürüyordu. Zamanla Dünya’nın dönüsü (rotasyonu) yavaşladı. Peki günlerin uzunluğunun oksijen miktarıyla ne ilgisi var?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Oksijen dünya bakterileriyle arttı

Öncelikle Dünya’nın dönüşünü durdurursanız merkezkaç kuvveti kalkar. Böylece okyanuslar Dünya’nın az basık olan kutuplarında toplanır. Kuzey ve güney okyanuslarının derinliği 10-14 km’ye ulaşır. Öte yandan ekvatordan denizler çekilir ve çöl kuşağı hizasında çıplak okyanus tabanı açığa çıkar. Üstelik hava her zaman suyu izler. Bu nedenle atmosfer de kutuplara çekilir. Kısacası Dünya dursa ekvatordan 30 derece enleme dek nefes alamazsınız. Sadece bu bile Dünya’nın dönüşünün atmosferi nasıl etkilediğini göstermeye yeterlidir. Buna karşın büyük oksijenlenme birkaç aşamada gerçekleşti.

Milyarlarca yıl önce fotosentezle enerji üreten siyan bakteriler yaygınlaşmaya başladı. Bunlar havadan karbondioksit alıp oksijen veriyordu. Metanojen redoksu ve fotosentez gibi doğrudan aerobik olmayan süreçlerde oksijenin rol almadığını düşünebilirsiniz ama bu yanlıştır. Karbondioksitten oksijeni çıkarmadan fotosentez yapamazsınız. Karbondioksitten oksijeni ayırmadan metan da bağlayamazsınız (CH₄). Oksitleyici veya katalizör olarak her zaman oksijene ihtiyacınız vardır.

Şimdi siyan bakterilere geri dönelim: Fotosentez için gün ışığına ihtiyacınız var. Oysa siyan bakterilerin egemen olduğu yıllarda günler sadece 6 saat sürüyordu. Dünya Ay’ın gelgit etkisiyle yavaşladı. Ay Dünya’nın momentumunu çalarak gezegenimizden uzaklaşmaya başladı. Milyarlarca yıl sonra bu etki sona erdiğinde gelgitlere yol açmayacak kadar uzaklaşmış olacak. Nitekim momentumu yok edemezsiniz. Ay’ın momentum çalması demek, Dünya’nın dönüsünün yavaşlayarak günlerin uzaması demektir.

Özetle 3 saatlik süper kısa gündüzler siyan bakterilerin oksijen üretimini sınırlandırmıştır. Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, ertesi gün yine fotosentez yaparlar. Oksijen oranı hep artar.” Öyle olmuyor işte… Fotosentezle oksijen üretimini artırmazsanız okyanuslar ve kayalar oksijeni emerek asla havada birikmesine izin vermez. Peki bu kısır döngüyü ne kırdı?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Oksijen dünya üzerindeki yaşam için şarttır

Bilim insanları önce siyan bakterilerin üç saatlik gündüzlü bir günde ne kadar oksijen salacağını hesapladılar. Ardından Michigan’daki Huron Gölü’nün ortasında yer alan, adı üstünde, Middle Island Sinkhole’a gittiler (Orta Ada Subatanı). Bu subatan büyük miktarda sülfür ve çok az oranda oksijen içerir. Kısacası buradaki ekstremofil bakterilerin yaşam alanı Dünya’nın milyarlarca yıl önceki ekolojisine çok benzer. Orta Ada Subatanı’ndaki siyan bakteriler güneş ışığıyla fotosentez yapar ve suyun içinde diğer bakterilerle yaşar.

Yalnız sudaki farklı bakteri kolonileri iç içe geçmemiştir. Bunun yerine Ülker dokuz tat gofret gibi katmanlar oluştururlar. Bazen sudaki bir bakteri katmanı diğer bakterilerin üzerine çıkar. Bazen de o koloni batar ve alttaki koloni yüzeye çıkar. Bizim subantandaki siyan bakteriler ise sülfür üreten bakterilerle bir arada yaşıyor; çünkü güneş ışığıyla onların ürettiği sülfürü parçalıyor. Sabah ve akşamları sülfür bakterileri siyan bakteri katmanının üzerinde yüzerek üstünü kapatıyor. Bu yüzden siyan bakteriler ışık alıp fotosentez yapamıyor. Oysa öğleden sonra güneş ışığı arttığında sülfür bakteriler batıyor ve siyan bakteriler üste çıkıyor.

Günlerin uzunluğu bu yüzden önemli

Bir gün ne kadar uzun sürerse siyan bakteriler fotosentezle o kadar çok serbest oksijen üretip atmosfere salar. Öyle ki günler (gündüzler değil) 16 saat sürüyorsa atmosferde net oksijen artışı olmaz. Hatta günler 12 saatten kısaysa sülfür bakteriler, siyan bakterilerin ürettiği oksijenden fazlasını tüketerek oksijeni azaltır! Sonuç olarak günler 16 saatten uzun oluncaya dek gezegendeki oksijen miktarı artmamıştır. Ardından, ozon tabakasıyla korunan canlılar kalıcı olarak karaya çıkmış ve 350 milyon yıl önce ormanlar oluşmuştur. Böylece oksijen üretimi tavan yapmıştır. Peki Theia Dünya’ya hiç çarpmasa ve Ay oluşmasa gezegenimiz hayata elverişli olur muydu?

Onu da Jüpiter sayesinde Ay nasıl oluştu yazısında okuyabilir ve yerkabuğundaki radyoaktif elementler başlıklı Starbasekozan videosunda izleyebilirsiniz. Fotosentezin kökenini Mor Dünya Hipotezinde okuyabilir ve ilk canlıların nasıl ortaya çıktığına hemen bakabilirsiniz. Tüm gezegenin kartopu dünya olarak iki kez nasıl donduğuna ve 1,8 milyar yıl önce oluşan ilk süperkıta Columbia’nın nasıl parçalandığına hemen göz atabilirsiniz. Hızınızı alamayıp binlerce km derinlikte yer alan 40 km yüksekliğindeki yeraltı dağlarını ve yine yeraltında olan kıta büyüklüğündeki manto kabarcıklarını da inceleyebilirsiniz. Dünya’nın katı iç çekirdeğinin yaşamı nasıl kurtardığı ve neden yeryüzünden 4 milyar genç olduğunu da şimdi görebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Asi bakteri Dünya’daki yaşamı nasıl yok etti?

¹Possible link between Earth’s rotation rate and oxygenation
²Methanogenesis
³Co-evolution of eukaryotes and ocean oxygenation in the Neoproterozoic era
⁴Evolution of multicellularity coincided with increased diversification of cyanobacteria and the Great Oxidation Event
⁵Cyanobacterial life at low O2: community genomics and function reveal metabolic versatility and extremely low diversity in a Great Lakes sinkhole mat