To milliarder år gammel saltsten afslører iltstigning i gammel atmosfære

En 2 milliarder år gammel del af havsalt giver nye beviser for omdannelsen af ​​Jordens atmosfære til et iltet miljø, der er i stand til at understøtte liv, som vi kender det.

Undersøgelsen udført af et internationalt hold af institutioner, herunder Princeton University, viste, at stigningen i ilt, der skete for omkring 2,3 milliarder år siden, kendt som den store oxidationsbegivenhed, var meget mere omfattende end tidligere angivet.

"I stedet for et dryp, det var mere som en brandslange, sagde Clara Blättler, en postdoc-forsker ved Institut for Geovidenskab i Princeton og førsteforfatter på undersøgelsen, som blev offentliggjort online af tidsskriftet Videnskab på torsdag, 22. marts "Det var en stor ændring i produktionen af ​​ilt."

Beviserne for det dybe opsving i ilt kommer fra krystalliserede saltsten udvundet fra et 1,2 mil dybt hul i regionen Karelen i det nordvestlige Rusland. Disse saltkrystaller blev efterladt, da gammelt havvand fordampede, og de giver geologer hidtil usete ledetråde til sammensætningen af ​​havene og atmosfæren på Jorden for mere end 2 milliarder år siden.

Nøgleindikationen for stigningen i iltproduktionen kom fra opdagelsen af, at mineralforekomsterne indeholdt en overraskende stor mængde af en bestanddel af havvand kendt som sulfat, som blev skabt, da svovl reagerede med ilt.

"Dette er det stærkeste bevis nogensinde på, at det ældgamle havvand, hvorfra disse mineraler udfældede, havde høje sulfatkoncentrationer, der nåede op på mindst 30 procent af nutidens oceaniske sulfat, som vores skøn viser, " sagde Aivo Lepland, en forsker ved Norges Geologiske Undersøgelse, en geologi specialist ved Tallinn University of Technology, og seniorforfatter på undersøgelsen. "Dette er meget højere end tidligere antaget og vil kræve betydelig genovervejelse af omfanget af iltningen af ​​Jordens 2 milliarder år gamle atmosfære-hav-system."

Ilt udgør omkring 20 procent af luften og er afgørende for livet, som vi kender det. Ifølge geologiske beviser, ilt begyndte at dukke op i jordens atmosfære for mellem 2,4 og 2,3 milliarder år siden.

Indtil den nye undersøgelse, imidlertid, geologer var usikre på, om denne ophobning i ilt - forårsaget af væksten af ​​cyanobakterier, der er i stand til fotosyntese, som involverer at indtage kuldioxid og afgive ilt - var en langsom begivenhed, der tog millioner af år eller en hurtigere begivenhed.

"Det har været svært at teste disse ideer, fordi vi ikke havde beviser fra den æra til at fortælle os om atmosfærens sammensætning, " sagde Blättler.

De nyligt opdagede krystaller giver dette bevis. Saltkrystallerne indsamlet i Rusland er over en milliard år ældre end nogen tidligere opdagede saltaflejringer. Aflejringerne indeholder halit, som kaldes stensalt og er kemisk identisk med bordsalt eller natriumchlorid, samt andre salte af calcium, magnesium og kalium.

Normalt opløses disse mineraler let og vil blive vasket væk over tid, men i dette tilfælde var de usædvanligt velbevarede dybt inde i Jorden. Geologer fra Norges Geologiske Undersøgelse i samarbejde med Karelian Forskningscenter i Petrozavodsk, Rusland, indvundet saltene fra et borested kaldet Onega Parametric Hole (OPH) på den vestlige bred af Lake Onega.

De unikke egenskaber ved prøven gør dem meget værdifulde til at sammensætte historien om, hvad der skete efter den store oxidationsbegivenhed, sagde John Higgins, assisterende professor i geovidenskab ved Princeton, der leverede fortolkning af den geokemiske analyse sammen med andre medforfattere.

"Dette er en ret speciel klasse af geologiske aflejringer, " sagde Higgins. "Der har været en masse debat om, hvorvidt den store oxidationsbegivenhed, som er bundet til at øge og falde i forskellige kemiske signaler, repræsenterer en stor ændring i iltproduktionen, eller bare en tærskel, der blev overskredet. Den nederste linje er, at dette papir giver bevis for, at iltningen af ​​Jorden i denne periode involverede en masse iltproduktion."

Forskningen vil anspore udviklingen af ​​nye modeller til at forklare, hvad der skete efter den store oxidationsbegivenhed, der forårsagede akkumulering af ilt i atmosfæren, sagde Blättler. "Der kan have været vigtige ændringer i feedback-cyklusser på land eller i havene, eller en stor stigning i iltproduktion af mikrober, men uanset hvad var det meget mere dramatisk, end vi havde en forståelse af før."