Iltniveauet på jorden steg tidligt, faldt flere gange før stor oxidation endda

Jordens iltniveauer steg og faldt mere end én gang hundreder af millioner af år før den store succes med den store oxidationsbegivenhed for omkring 2,4 milliarder år siden, viser ny forskning fra University of Washington.

Beviserne stammer fra en ny undersøgelse, der indikerer en anden og meget tidligere "pift" af ilt i Jordens fjerne fortid - i atmosfæren og på overfladen af ​​en stor strækning af havet - som viser, at iltningen af ​​Jorden var en kompleks proces af gentagne forsøg og fejl over lang tid.

Fundet kan også have implikationer i søgen efter liv hinsides Jorden. De kommende år vil bringe kraftfulde nye jord- og rumbaserede teleskoper i stand til at analysere atmosfæren på fjerne planeter. Dette arbejde kunne hjælpe med at forhindre astronomer i at udelukke "falske negativer, " eller beboede planeter, der måske ikke umiddelbart ser ud til at være det på grund af uopdagelige iltniveauer.

"Produktionen og ødelæggelsen af ​​ilt i havet og atmosfæren over tid var en krig uden bevis for en klar vinder, indtil den store oxidationsbegivenhed, " sagde Matt Koehler, en UW ph.d.-studerende i jord- og rumvidenskab og hovedforfatter til et nyt papir offentliggjort i ugen den 9. juli i Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Disse forbigående iltningshændelser var kampe i krigen, da balancen vippede mere til fordel for iltning."

I 2007 medforfatter Roger Buick, UW professor i jord- og rumvidenskab, var en del af et internationalt hold af videnskabsmænd, der fandt beviser for en episode - et "sim" - af ilt omkring 50 millioner til 100 millioner år før den store oxidationsbegivenhed. Dette lærte de ved at bore dybt ind i sedimentær bjergart i Mount McRae-skiferen i det vestlige Australien og analysere prøverne for spormetallerne molybdæn og rhenium, ophobning er afhængig af ilt i miljøet.

Nu, et hold ledet af Koehler har bekræftet en anden sådan forekomst af ilt i Jordens fortid, denne gang omkring 150 millioner år tidligere – eller omkring 2,66 milliarder år siden – og varede i mindre end 50 millioner år. Til dette arbejde brugte de to forskellige proxyer for oxygen - nitrogenisotoper og grundstoffet selen - stoffer, der, hver på sin måde, fortælle også om tilstedeværelsen af ​​ilt.

"Det, vi har i dette papir, er en anden opdagelse, i høj opløsning, af en forbigående snert af ilt, " sagde Koehler. "Nitrogen isotoper fortæller en historie om iltning af overfladehavet, og denne iltning strækker sig over hundreder af kilometer på tværs af et havbassin og varer et sted mindre end 50 millioner år."

Holdet analyserede boreprøver taget af Buick i 2012 på et andet sted i den nordvestlige del af det vestlige Australien kaldet Jeerinah-formationen.

Forskerne borede to kerner omkring 300 kilometer fra hinanden, men gennem de samme sedimentære bjergarter - en kerne prøver sedimenter aflejret i lavvandede farvande, og de andre prøver sedimenter fra dybere vand. Analyse af successive lag i klippeårene viser, Buick sagde, en "trinvis" ændring i nitrogenisotoper "og så tilbage igen til nul. Dette kan kun tolkes som at der er ilt i miljøet. Det er virkelig fedt - og det er pludseligt."

Nitrogenisotoperne afslører aktiviteten af ​​visse marine mikroorganismer, der bruger ilt til at danne nitrat, og andre mikroorganismer, der bruger dette nitrat til energi. Data indsamlet fra nitrogenisotoper prøver havoverfladen, mens selen antyder ilt i luften i oldtidens Jord. Koehler sagde, at det dybe hav sandsynligvis var anoxisk, eller uden ilt, på det tidspunkt.

Holdet fandt kun rigeligt med selen i det lave hul, hvilket betyder, at det kom fra det nærliggende land, ikke kommer til dybere vand. Selen opbevares i svovlmineraler på landjorden; højere atmosfærisk ilt ville få mere selen til at blive udvasket fra jorden gennem oxidativ forvitring - "rustning af sten, " sagde Buick - og blev transporteret til havet.

"Det selen akkumuleres derefter i havets sedimenter, " sagde Koehler. "Så når vi måler en stigning i selenmængderne i havets sedimenter, det kunne betyde, at der var en midlertidig stigning i atmosfærisk ilt."

Fundet, Buick og Koehler sagde, har også relevans for at opdage liv på exoplaneter, eller dem uden for solsystemet.

"En af de stærkeste atmosfæriske biosignaturer menes at være oxygen, men denne undersøgelse bekræfter, at under en planets overgang til at blive permanent iltet, dets overflademiljøer kan være oxiske i intervaller på kun et par millioner år og derefter glide tilbage til anoksi, " sagde Buick.

"Så, hvis du undlader at opdage ilt i en planets atmosfære, det betyder ikke, at planeten er ubeboet, eller endda at den mangler fotosyntetisk liv. Blot at den ikke har opbygget nok iltkilder til at overvælde 'vaskene' i længere tid end et kort interval.

"Med andre ord, iltmangel kan nemt være en 'falsk negativ' for livet."

Koehler tilføjede:"Du kunne se på en planet og ikke se noget ilt - men det kan vrimle med mikrobielt liv."