Jordens ilt steg i gradvise trin frem for store udbrud

En kulstofkredsløbsanomali opdaget i karbonatsten i den neoproterozoiske Hüttenberg-formation i det nordøstlige Namibia følger et mønster, der ligner det, der blev fundet lige efter den store iltningsbegivenhed, antyder nye beviser for, hvordan Jordens atmosfære blev fuldt iltet.

Ved at bruge Hüttenberg -formationen, som blev dannet for mellem en milliard og en halv milliard år siden, at studere tiden mellem Jordens ændring fra et iltfattigt miljø (dvs. et der mangler ilt) til et mere gæstfrit miljø, der indvarslede dyreriget, et team af forskere ledet af Dr. Huan Cui fra NASA Astrobiology Institute ved University of Wisconsin-Madison opdagede en vedvarende, højt kulstofniveau. Denne tilstrømning af kulstof, kombineret med ændringer i andre elementer, indikerer, hvordan skiftende niveauer af oceanisk oxygen kan have givet en hjælpende hånd til den tidlige dyreevolution.

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Precambrian Research, parret ny ilt, svovl, og strontiumisotopdata, med kulstofisotopdata offentliggjort i 2009, opnået fra borekerneprøver fra Hüttenberg-formationen. Sammen, dataene giver yderligere bevis for, at jordens ilt steg for trin, i modsætning til at være begrænset til to store begivenheder, der dækker Proterozoikum (en geologisk epoke, der varede mellem 2,5 milliarder og 541 millioner år siden). Det resulterende mønster af ændrede redoxreaktioner (dvs. reaktioner, der involverer iltning og reduktion via udveksling af elektroner) fik navnet Hüttenberg-anomalien, efter klippeformationen, hvor den blev fundet.

University of Marylands Dr. Alan J. Kaufman, hvem er den anden forfatter til undersøgelsen og hovedforfatteren af ​​2009 kulstofisotopundersøgelsen, siger, at de parrede data "antyder, at stigningen af ​​ilt var oscillerende gennem dette 50- til 75-millioner års interval forbundet med Hüttenberg-anomalien og den neoproterozoiske oxidationsbegivenhed eller NOE i slutningen af ​​proterozoikum."

Anomalien viser, hvordan kulstofisotopforholdene ( ¹³ C/ ¹² C) oplevede en vedvarende stigning på 12 til 14 promille i overflod i omkring 15 millioner år, før de vendte tilbage til tidligere lave niveauer. Efterhånden som iltniveauet i havet steg, sulfider blev omdannet til sulfater, som nogle mikrober bruger i deres stofskifte til at fordøje og genbruge organisk kulstof på havbunden. Isotoper af oxygen, kulstof, og svovl bevægede sig i tandem under Hüttenberg-anomalien, at overbevise forskerne om, at det, de så, ikke kun var en tilfældighed.

Vilde udsving

Selvom det længe har været accepteret, at høje niveauer af atmosfærisk ilt banede vejen for dyr til at befolke Jorden, globale kulstof- og iltcyklusser svingede vildt under Proterozoikum, mellem det tidspunkt, hvor ilt først akkumuleredes i atmosfæren under Great Oxygenation Event (GOE) for omkring 2,4 milliarder år siden, og den tid, hvor de stabiliserede sig tæt på moderne niveauer, da dyr indtog verdensscenen efter NOE, omkring 500 millioner år siden.

I tiden mellem de to begivenheder, pulser af encellet liv og variable niveauer af ilt i havene menes at have stimuleret udviklingen af ​​mere komplekst liv. Disse gamle iltsvingninger var afgørende for udviklingen af ​​flercellet liv ved grænsen mellem prækambrium og kambrium (for 541 millioner år siden; kambrium er en geologisk periode, der markerede oprindelsen og diversificeringen af ​​komplekse dyreliv på Jorden). Efterhånden som pools af iltrigt vand voksede i havet, livet fik mulighed for at udvikle sig mod en fremtid, hvor ilt ville være på stabile og høje niveauer. Hüttenberg-anomalien repræsenterer et sådant vindue af muligheder for livet.

Kaufman sammenligner springet i ilt med en anden ilt-oase i tid, Lomagundi -begivenheden lige efter GOE. Lomagundi-begivenheden er blevet beskrevet som en falsk start, når iltkoncentrationerne steg til niveauer, der kunne understøtte noget liv, før den falder igen. Det ville ikke være før NOE, at ilt ville stige til nutidens niveauer.

"Her er en isotopanomali i neoproterozoikum, der er forbundet bredt i tid med NOE, men som har en stignings- og faldstruktur, der ligner GOE meget, " Kaufman fortæller Astrobiology Magazine. "I begge ender af den proterozoiske eon var der kontinental rift, istider, og dybe kulstofudsving; ligesom GOE sandsynligvis var ansvarlig for udviklingen af ​​simple eukaryoter, NOE var involveret i udviklingen af ​​multicellularitet. "

Så GOE indvarslede eukaryoter, som er mikrober med celler indeholdende en kerne indpakket af en membran, og NOE indvarslede endnu mere komplekse dyr. Disse usædvanlige begivenheder i Jordens historie indeholdt hver en evolutionær testpulje, der fremmede nye livsformer. Hvordan Hüttenberg -anomalien præcist passer ind i disse begivenheder, eller præcis hvilken evolutionær konsekvens det havde, mangler stadig at blive set.

Midlertidig beboelighed

I perioden mellem GOE og NOE, lommer eller bobler af beboelighed på en stort set ubeboelig planet ville dukke op, men disse blips på radaren var reversible. Forskydning af iskapper eller fravær af erosion ville mindske elementer som nitrogen og fosfor, der kræves af fotosyntetisering af liv, får ilt- og kulstofsignaturerne til at forsvinde. Vippepunktet ville dukke op i den kambriske periode, hvor planeten konsekvent var iltet.

Vi ser lignende virkninger af anomalier i dag; i vores for det meste godt iltede atmosfære, der er stadig iltfattige miljøer, hvor livet kæmper for at bestå eller tager en alternativ evolutionær vej:indre hav, underjordiske huler og oceaniske døde zoner, hvor sulfat- eller nitrat-åndere fortsætter, mens resten af ​​verden indånder ilt.

"Der er stadig anoxiske miljøer på den moderne jord, "Huan Cui, avisens første forfatter, siger. "Hvis du tager til Sortehavet, du kan stadig finde lokale anoxiske miljøer i det moderne hav."

I denne undersøgelse var anomalien oxygen. I dag, anomalien er mangel på ilt.

Mens sten i andre områder af Namibia er blevet grundigt undersøgt, klippelagene, der indeholder Hüttenberg-anomalien, er blevet eroderet ud i mange sektioner, efterladt den afgørende databrik forsvundet i årtier.

Kigger igen

Dr. Paul Myrow, en geologiprofessor ved Colorado College, der ikke var involveret i undersøgelsen, siger, at givet de tidsbegrænsninger, denne undersøgelse giver, flere forskere vil nu se nærmere på andre gamle klippeformationer og igen undersøge, om denne anomali eksisterer andre steder på planeten.

At analysere, om stigningen i ilt var begrænset eller udbredt i det gamle hav eller på forskellige gamle kontinenter, er noget, hver isotopisk undersøgelse skal tage højde for.

"En af måderne, vi kan få det svar på, er at se, om signalet fra Hüttenberg-anomalien kan matches med steder rundt om i verden, "Myrow, som også studerer prækambriske havforhold, siger. "Hvis der er dette skift, der fandt sted på forskellige kontinenter på samme tid, så kan vi være mere sikre på, at dette er globalt."

På et tidspunkt, hvor planetens oceaniske kemi, tektoniske plader og indbyggere var i sådan en tilstand af uligevægt, Jordens iltfattige og ustabile atmosfære kunne betragtes som vildt farlig efter nutidens standarder. Da Jorden ændrede sig, dens teenage-kejtethed manifesterede sig som ildelugtende, svovlholdige gruber, behårede livssituationer, humørfyldte skift i dets boliger, og ærbødighed over for sine medindbyggere. Hüttenberg-anomalien er et lille skridt hen imod, at Jorden lufter sit snavsede vasketøj ud, rydde op og blive præsentabel for de livsformer, der udviklede sig senere.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASA's Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.