Svovlanalyse understøtter timing af oxygens udseende

Forskere har længe troet, at ilt dukkede op i Jordens lavere atmosfære for 2,7 milliarder år siden, gøre livet som vi kender det muligt. En forsker fra Rice University har tilføjet beviser til støtte for dette tal.

Svovlrekorden i gammel sten markerer den dramatiske ændring i planetens atmosfære, der gav anledning til komplekst liv, men sten er lokale indikatorer. For det store billede, Risbiogeokemiker Mark Torres brugte vand, der strømmer over og eroderer klipperne som en proxy.

Torres, en assisterende professor i jordens ris, miljø- og planetvidenskab, og hans kolleger melder ind Naturgeovidenskab at balancen mellem svovlisotopanomalier i arkeansk sten, en markør for den "store iltningshændelse, "kan også genkendes og måles i de floder, der eroderer den.

Forskerne tog vand fra to af de få steder på Jorden, hvor arkeansk sten er udsat i overflod:ved Superior Craton i Canada og i Sydafrika. De fastslog, at mens individuelle stenprøver stadig kan vise en ubalance (anomalierne) af svovlisotoper, omhyggelig analyse af vandet, der diffunderer og transporterer svovl fra tusinder af miles af sten til havet, viser, at indholdet i sidste ende er i overensstemmelse med Jordens svovl signatur.

"Ændringer i kemi kan fortælle dig noget om miljøet, og sten kan fortælle dig, om der var ilt på et bestemt tidspunkt, "Torres sagde." Tidligt i vores historie, svovlisotopanomalier er overalt. Derefter, for omkring 2,7 milliarder år siden, de forsvinder, og de kommer aldrig tilbage. "

Svovl er en markør, fordi fire stabile isotoper, kendt af deres molekylmasse på 32, 33, 34 og 36, kan vise forskellige adfærd, når de er til stede i atmosfæren. "Det meste svovl er masse 32, men der er små mængder af de andre masser, "Sagde Torres.

Ultraviolet lys fra solen reagerede med svovlgas og opdelte det i separate forbindelser med tungere og lettere isotoper. Til sidst, disse forbindelser sank ned i og forbliver i sten, der dannedes på det tidspunkt.

"Men der er denne mærkelige ting:Virkelig gamle sten har mere 33-svovl i sig, end vi ville forvente, baseret på de relative masser, "Torres sagde." Fordi 33 er en tungere end 32, vi burde let kunne forudsige deres relative mængder ved hjælp af fysisk kemi. Men, vi finder, at 33 er langt mere rigeligt end forventet. Derfor kalder vi det en anomali. "

Da ilt dukkede op, det absorberede ultraviolet lys og slukkede svovlreaktionen, som set på klippen. Det er alt godt og godt, Torres sagde, men teorien redegør ikke for uregelmæssigt svovl, der fortsatte med at udvaskes fra arkeansk sten til overfladevand, blive ført til havet og derefter kondensere til ny sten, der også ville have anomalien.

"Denne genbrug af gammel sten var en måde at fastholde anomalien, selv efter at der var opstået ilt, "sagde han. Forskerne mistanke om vedvarende anomalien kunne sløre forståelsen af ​​tidspunktet for iltstigning med op til 100 millioner år.

Det gjorde det ikke, de opdagede, men det var ikke let. Teamet omfattede forskere fra California Institute of Technology og Center for Petrografisk og Geokemisk Forskning i Nancy, Frankrig. Medlemmerne indsamlede snesevis af prøver fra de canadiske websteder for at følge med sydafrikanske prøver, de allerede havde, og kontrollerede deres svovlsignatur efter at have fjernet virkningen af ​​forurenende stoffer fra svovlsyreregn, issmeltende vejsalt og støv fra lokal minedrift. Men deres endelige beregninger viste en robust balance i 33-svovl opsamlet ved afstrømning af floder over et stort område.

"Vores indsats giver os mulighed for at være sikre på, at vi har timingen for denne store oxidationsbegivenhed, så nu kan vi begynde at forstå mekanismerne, "Torres sagde." Hvis du tænker på hele omfanget af Jordens historie, 100 millioner år er lille, men på organismernes evolutionære tidslinje, det betyder noget."