Miljarden jaren geleden was de omgeving van de aarde heel anders dan die we nu kennen. In wezen was de oeratmosfeer van onze planeet giftig voor het leven zoals we dat kennen, bestaande uit kooldioxide, stikstof en andere gassen. In het paleoproterozoïcum (2,5 - 1,6 miljard jaar geleden) deed zich echter een dramatische verandering voor waarbij zuurstof in de atmosfeer begon te komen - bekend als het Great Oxidation Event (GOE).
Tot voor kort wisten wetenschappers niet zeker of deze gebeurtenis - die het gevolg was van fotosynthetische bacteriën die de atmosfeer veranderden - snel of niet plaatsvond. Volgens een recent onderzoek door een team van internationale wetenschappers was dit evenement echter veel sneller dan eerder werd gedacht. Op basis van nieuw ontdekt geologisch bewijs concludeerde het team dat de introductie van zuurstof in onze atmosfeer 'meer een brandslang' was dan een straaltje.
De studie, getiteld "Twee miljard jaar oude verdampingen vangen de grote oxidatie van de aarde op", verscheen onlangs in het tijdschrift Wetenschap. Onder leiding van Clara Blättler, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Geowetenschappen van Princeton, bestond het team ook uit leden van het Blue Marble Space Institute of Science, het Karelian Science Centre, de British Geological Survey, de Geological Survey of Norway en meerdere universiteiten .
Kortom, het Great Oxygenation Event duurde ongeveer 2,45 miljard jaar geleden aan het begin van het Proterozoïcum. Dit proces is vermoedelijk het resultaat van cyanobacteriën die langzaam de kooldioxide (CO2) metaboliseren en zuurstofgas produceren, dat nu ongeveer 20% van onze atmosfeer uitmaakt. Tot voor kort konden wetenschappers deze periode echter niet veel belemmeren.
Gelukkig heeft een team van geologen van de Geological Survey of Norway - in samenwerking met het Karelian Research Center in Petrozavodsk, Rusland - onlangs monsters van geconserveerde gekristalliseerde zouten in Rusland teruggevonden die dateren uit deze periode. Ze werden gewonnen uit een 1,9 km diep (1,2 mijl) gat in Karelië in het noordwesten van Rusland, van de boorplaats Onega Parametric Hole (OPH) aan de westelijke oevers van het meer Onega.
Deze zoutkristallen, die ongeveer 2 miljard jaar geleden zijn, waren het resultaat van verdamping van oud zeewater. Met behulp van deze monsters konden Blättler en haar team dingen leren over de samenstelling van de oceanen en de atmosfeer die rond de tijd van de GOE op aarde bestond. Om te beginnen stelde het team vast dat ze een verrassend grote hoeveelheid sulfaat bevatten, wat het gevolg is van zeewater dat reageert met zuurstof.
Zoals Aivo Lepland - een onderzoeker bij de Geological Survey of Norway, een geologiespecialist aan de Technische Universiteit van Tallinn en senior auteur van de studie - in een recent Princeton-persbericht uitlegde:
'Dit is het sterkste bewijs ooit dat het oude zeewater waaruit die mineralen neersloegen hoge sulfaatconcentraties had die ten minste 30 procent van het huidige oceanische sulfaat bereikten, zoals onze schattingen aangeven. Dit is veel hoger dan eerder werd gedacht en vereist een aanzienlijke heroverweging van de omvang van de zuurstofvoorziening van het 2 miljard jaar oude atmosfeer-oceaansysteem van de aarde. "
Voordien wisten wetenschappers niet hoe lang het duurde voordat onze atmosfeer zijn huidige balans van stikstof en zuurstof bereikte, wat essentieel is voor het leven zoals we het kennen. In feite was de mening verdeeld tussen iets dat snel gebeurde of in de loop van miljoenen jaren plaatsvond. Veel van dit komt voort uit het feit dat de oudste ontdekte steenzouten gedateerd zijn op een miljard jaar geleden.
"Het was moeilijk om deze ideeën te testen omdat we geen bewijs uit die tijd hadden om ons te vertellen over de samenstelling van de atmosfeer", zei Blättler. Door echter rotszouten te ontdekken die ongeveer 2 miljard jaar oud zijn, hebben wetenschappers nu het bewijs dat ze de GOE aan banden moeten leggen. De vondst had ook veel geluk, aangezien dergelijke monsters van steenzout nogal kwetsbaar zijn.
De voor deze studie gebruikte monsters bevatten haliet (dat chemisch identiek is aan tafelzout of natriumchloride) en andere zouten van calcium, magnesium en kalium - die na verloop van tijd gemakkelijk oplossen. Het in dit geval verkregen monster was echter uitzonderlijk goed bewaard gebleven diep in de aarde. Als zodanig kunnen ze wetenschappers onschatbare aanwijzingen geven over wat er gebeurde rond de tijd van de GOE.
Wat de toekomst betreft, zal deze laatste studie waarschijnlijk leiden tot nieuwe modellen die verklaren wat er na de GOE gebeurde om ervoor te zorgen dat zuurstofgas zich ophoopt in onze atmosfeer. John Higgins, een assistent-professor geowetenschappen aan Princeton, die de geochemische analyse interpreteerde, legde uit:
'Dit is een behoorlijk speciale klasse van geologische afzettingen. Er is veel discussie geweest over de vraag of het Great Oxidation Event, dat is gekoppeld aan het toenemen en afnemen van verschillende chemische signalen, een grote verandering in de zuurstofproductie betekent, of slechts een drempel die werd overschreden. Het komt erop neer dat dit artikel aantoont dat de oxygenatie van de aarde in deze periode veel zuurstofproductie met zich meebracht ... Er kunnen belangrijke veranderingen zijn geweest in de feedbackcycli op het land of in de oceanen, of een grote toename van de zuurstofproductie door microben, maar hoe dan ook, het was veel dramatischer dan we eerder hadden begrepen. ”
Deze modellen zullen waarschijnlijk ook helpen bij de jacht op leven buiten ons zonnestelsel. Door te begrijpen wat er miljarden jaren geleden op onze eigen planeet is gebeurd om het geschikt te maken voor het leven, zullen we in staat zijn om dezelfde omstandigheden en processen op andere planeten te zien.
