Tidlig jord havde en dis, metanfyldt atmosfære

For mere end 2,4 milliarder år siden, Jordens atmosfære var ugæstfri, fyldt med giftige gasser, der drev vildt svingende overfladetemperaturer. At forstå, hvordan nutidens verden med milde klimaer og åndbar luft tog form, er et grundlæggende spørgsmål i jordvidenskaben.

Ny forskning fra University of Maryland, University of St. Andrews, NASA's Jet Propulsion Laboratory, University of Leeds og Blue Marble Space Institute of Science antyder, at for længe siden, Jordens atmosfære tilbragte omkring en million år fyldt med en metanrig dis. Denne dis drev en stor mængde brint ud af atmosfæren, rydder vejen for massive mængder ilt til at fylde luften. Denne transformation resulterede i en atmosfære, der ligner den, der opretholder liv på Jorden i dag.

Gruppens resultater, offentliggjort den 13. marts 2017 i den tidlige online udgave af Procedurer fra National Academy of Sciences , foreslå en ny årsag til den store oxidationsbegivenhed, som fandt sted for 2,4 milliarder år siden, når iltkoncentrationerne i Jordens atmosfære steg mere end 10, 000 gange.

"Omdannelsen af ​​Jordens luft fra en giftig blanding til en mere imødekommende, iltrig atmosfære skete på et geologisk øjeblik, "sagde James Farquhar, professor i geologi ved UMD og medforfatter af undersøgelsen. Farquhar har også en aftale på UMD's Earth System Science Interdisciplinary Center. "Med denne undersøgelse, vi har endelig det første komplette billede af, hvordan metangas fik det til at ske. "

Forskerne brugte detaljerede kemiske optegnelser og sofistikerede atmosfæriske modeller til at rekonstruere atmosfærisk kemi i tidsperioden umiddelbart før den store oxidationsbegivenhed. Deres resultater tyder på, at gamle bakterier - det eneste liv på Jorden dengang - producerede enorme mængder metan, der reagerede for at fylde luften med en tyk dis, ligner den moderne atmosfære på Saturns måne Titan.

Tidligere undersøgelser af mange af de samme forskere havde identificeret flere sådanne dis begivenheder tidligt i Jordens historie. Men den nuværende undersøgelse er den første, der viser, hvor hurtigt disse begivenheder begyndte, og hvor længe de varede.

"Høje metan niveauer betød, at mere brint, hovedgassen forhindrer ophobning af ilt, kunne slippe ud i det ydre rum, baner vejen for global iltning, "sagde Aubrey Zerkle, en biogeokemiker ved University of St. Andrews og en medforfatter af undersøgelsen. "Vores nye datasæt udgør den rekord med den højeste opløsning af arkisk atmosfærisk kemi, der nogensinde er produceret, og tegner et dramatisk billede af jordens overfladeforhold før iltningen af ​​vores planet. "

Metan -disen vedvarede i cirka en million år. Efter nok hydrogen forlod atmosfæren, de rigtige kemiske forhold overtog, og iltboomen kom i gang, muliggøre udviklingen af ​​alt multicellulært liv.

Nøglen til forskernes analyse var opdagelsen af ​​uregelmæssige mønstre af svovlisotoper i de geokemiske optegnelser fra denne tid. Svovlisotoper bruges ofte som en proxy til at rekonstruere gamle atmosfæriske forhold, men tidligere undersøgelser af den pågældende periode havde ikke afsløret noget for usædvanligt.

"Rekonstruktion af udviklingen af ​​atmosfærisk kemi har længe været i fokus for geokemisk forskning, "sagde Gareth Izon, hovedforfatter af undersøgelsen, som bidrog til forskningen, mens han var postdoktor ved St. Andrews og nu er postdoktor ved Massachusetts Institute of Technology. "Vores nye data viser, at atmosfærens kemiske sammensætning var dynamisk og, i hvert fald i optakten til den store oxidationsbegivenhed, overfølsom over for biologisk regulering. "

Forskningspapiret, "Biologisk regulering af atmosfærisk kemi på vej til planetarisk iltning, "Gareth Izon, Aubrey Zerkle, Kenneth Williford, James Farquar, Simon Poulton, og Mark Claire, blev offentliggjort den 13. marts 2017 i Procedurer fra National Academy of Sciences .