Ongeveer 2,4 miljard jaar geleden onderging de atmosfeer van de aarde een enorme verandering die bekend staat als het 'Great Oxidation Event'. Nu gebruiken onderzoekers van het New York Center for Astrobiology van het Rensselaer Polytechnic Institute enkele van de oudste mineralen die er zijn, om te helpen begrijpen wat er ongeveer vijf miljoen jaar na het ontstaan van de aarde is gebeurd.
Voor het grootste deel hebben wetenschappers theoretiseerd dat de vroege aardatmosfeer werd gedomineerd door schadelijk methaan, koolmonoxide, waterstofsulfide en ammoniak. Dit sterk gereduceerde mengsel resulteert in een beperkte hoeveelheid zuurstof en heeft geleid tot een grote verscheidenheid aan theorieën over hoe het leven in zo'n vijandige omgeving is begonnen. Door echter oude mineralen voor oxidatieniveaus nader te bekijken, hebben wetenschappers van Rensselaer bewezen dat de atmosfeer van de vroege aarde helemaal niet zo was ... maar veel water, koolstofdioxide en zwaveldioxide bevatte.
'We kunnen nu met enige zekerheid zeggen dat veel wetenschappers die de oorsprong van het leven op aarde bestuderen, gewoon de verkeerde atmosfeer hebben uitgekozen', zegt Bruce Watson, Institute Professor of Science bij Rensselaer.
Hoe kunnen ze daar zo zeker van zijn? Hun bevindingen zijn afhankelijk van de theorie dat de atmosfeer van de aarde vulkanisch is gevormd. Elke keer dat magma naar de oppervlakte stroomt, komen er gassen vrij. Als het niet naar de top komt, werkt het samen met de omringende rotsen waar het afkoelt en wordt het op zichzelf een rotsachtige afzetting. Deze afzettingen - en hun elementaire constructie - stellen de wetenschap in staat een nauwkeurig portret te schetsen van de omstandigheden ten tijde van hun vorming.
'De meeste wetenschappers zouden beweren dat deze uitgassing van magma de belangrijkste input voor de atmosfeer was', zei Watson. "Om de aard van de atmosfeer‘ in het begin ’te begrijpen, moesten we bepalen welke gassoorten in de magma's zaten die de atmosfeer leverden."
Een van de belangrijkste van alle magma-componenten is zirkoon - een mineraal dat bijna zo oud is als de aarde zelf. Door de oxidatieniveaus te bepalen van de magma's die deze oude zirkonen vormden, kunnen wetenschappers afleiden hoeveel zuurstof er in de atmosfeer vrijkwam.
"Door de oxidatietoestand te bepalen van de magma's die zirkoon veroorzaakten, konden we vervolgens de soorten gassen bepalen die uiteindelijk in de atmosfeer zouden terechtkomen", zegt hoofdauteur Dustin Trail, een postdoctoraal onderzoeker bij het Centrum voor Astrobiologie.
Om hun werk mogelijk te maken, begon het team met het koken van magma in een laboratoriumomgeving - wat leidde tot de creatie van een oxidatiemeter om hen te helpen bij het vergelijken van hun kunstmatige monsters met natuurlijke zirkonen. Hun onderzoek omvatte ook een waakzaam oog voor een zeldzaam aardmetaal, cerium genaamd, dat in twee oxidatietoestanden kan voorkomen. Door cerium in zirkoon bloot te stellen, kan het team erop vertrouwen dat de atmosfeer na hun creatie meer geoxideerd was. Deze nieuwe bevindingen duiden op een atmosferische toestand die meer lijkt op onze huidige omstandigheden ... de weg bereiden voor een nieuw startpunt om het begin van het leven op aarde te baseren.
'Onze planeet is het podium waarop al het leven zich heeft afgespeeld', zei Watson. "We kunnen niet eens beginnen te praten over het leven op aarde totdat we weten wat die fase is. En zuurstofomstandigheden waren van cruciaal belang vanwege de manier waarop ze de soorten organische moleculen beïnvloeden die kunnen worden gevormd. ”
Hoewel 'het leven zoals we het kennen' sterk afhankelijk is van zuurstof, is onze huidige atmosfeer waarschijnlijk niet het ideale model voor het voortbrengen van primordiaal leven. Het is waarschijnlijker dat een methaanrijke atmosfeer 'veel meer biologisch potentieel heeft om van anorganische verbindingen naar levensondersteunende aminozuren en DNA te springen'. Dit laat de deur wijd open voor alternatieve theorieën, zoals panspermia. Maar verkoop de resultaten van het team niet kort. Ze onthullen nog steeds het begin van aard van gassen hier op aarde, zelfs als ze het raadsel van het Great Oxidation Event niet oplossen.
Oorspronkelijke verhaalbron: Rensselaer Polytechnic Institute News Release.
