Kemisk fodaftryk i nutidens atmosfære efterligner det, der er observeret i gammel klippe

Den tidlige Jord var en varm, gasformige, støvet og dynamisk planet med en atmosfære og et hav. Derefter afkølede dens overflade og stabiliserede sig nok til skyer, landmasser og tidligt liv blev dannet for omkring fire milliarder år siden, under det, der kaldes den isotopiske tidsalder af klipper, eller den arkæiske periode. Atmosfæriske kemiske biprodukter fra den tid rejste gennem luften og aflejrede sig inde i planetens ældste sten, registrering af livets tidligste aktiviteter som fotosyntese og iltproduktion.

Svovlisotoper kan tjene som sporstoffer af atmosfærisk oxygen, og nye data indsamlet fra den nuværende atmosfære i Kina af et internationalt team af forskere, ledet af University of California San Diego, indikerer bemærkelsesværdig lighed med det isotopiske fodaftryk fundet i gamle klipper. Dette åbner op for nye fortolkninger af den arkæiske periodes svovlisotops sedimentære signatur - en proxy for oprindelsen og udviklingen af ​​atmosfærisk ilt og tidligt liv på Jorden.

Undersøgelsen ledet af Mark Thiemens, fremtrædende professor i kemi og biokemi; Mang Lin, en nylig ph.d. kandidat fra UC San Diego og Yanan Shen, en professor ved University of Science and Technology i Kina, er offentliggjort i det aktuelle nummer af Proceedings of the National Academy of Sciences . Deres forskning involverede at tage aktuelle sulfataerosolmålinger af fem svovlisotoper fra prøver af atmosfæriske aerosoler indsamlet ved Mount Wuyi, et fjerntliggende sted i Kina, og Guangzhou, en megaby. Isotopmålingerne, udført ved UC San Diego og University of Science and Technology i Kina løste de kemiske mekanismer og transport af atmosfæriske aerosoler på et nyt videnskabeligt niveau.

"Ved at bruge de stabile og radioaktive isotoper, vi var i stand til at finde nye kilder til isotopeffekten i dag og bedre definere den tidlige atmosfære og livets udvikling, " sagde Thiemens.

Thiemens forklarede, at i den arkæiske atmosfære var ilt- og ozonniveauerne lave nok til, at ultraviolet (UV) lys trængte ind i jordens overflade og dissocierede svovldioxid, retsmedicinsk frembringelse af et specifikt isotopmønster. Undersøgelsen afslører, at stabile svovlisotopsammensætninger er anomale og efterligner målinger af gamle svovlisotoper.

Derudover Thiemens forklarede, at fotoødelæggelsen af ​​svovldioxid af UV-lys i den tidlige Jords atmosfære giver et mål for iltniveauet. Han sagde, at niveauerne af ilt og ozon på den tidlige Jord var tilstrækkeligt lave til, at UV-lys nåede Jordens overflade, dissociering af svovldioxidet og frembringelse af anomalierne.

Måling af svovlanomalier i de ældste bjergarter som et mål for iltniveauer blev opdaget på Thiemens Research Group-laboratoriet ved UC San Diego med James Farquhar og Huiming Bao. Metoden er meget brugt til at spore iltniveauer før omkring 2,2 milliarder år siden, når ilt- og ozonniveauerne steg til et sådant niveau, at UV-lys blev filtreret fra, og anomalien forsvandt fra klipperekorden.

"En overraskelse fra Mang Lins målinger var, at med kombineret stratosfærisk sporstof Sulphur-35 (en radioaktiv svovlisotop), og en anden stabil isotop af stabilt svovl, der er ingen sammenhæng, " sagde Thiemens. "Det blev demonstreret ved korrelation med kendte forbrændingsprodukter, at processerne med biomasseforbrænding og forbrænding producerer denne specifikke isotopanomali, som ikke havde været kendt før, giver ny fortolkning af tidlig jordkemi og antyder, at der er andre processer, der forekommer i den tidlige jord, såsom vulkaner, der kunne producere anomalierne sammen med UV-lysfotolyse."

Ifølge Thiemens, denne undersøgelse giver "endnu et kogger i pilen" for at analysere processer, der opstår i den tidlige Jord, og definere både livets oprindelse og forandring.