Gamle klipper giver spor til Jordens tidlige historie

Ilt i form af iltmolekylet (O2), produceret af planter og livsnødvendige for dyr, er heldigvis rigeligt i Jordens atmosfære og oceaner. Forskere studerer historien om O2 på Jorden, imidlertid, ved, at det var relativt knapt i store dele af vores planets 4,6 milliarder år lange eksistens.

Så hvornår og hvor begyndte O2 at opbygges på Jorden?

Ved at studere gamle klipper, forskere har fastslået, at engang mellem 2,5 og 2,3 milliarder år siden, Jorden gennemgik, hvad forskerne kalder "Great Oxidation Event" eller "GOE" for kort. O2 akkumulerede først i Jordens atmosfære på dette tidspunkt og har været til stede siden.

Gennem talrige undersøgelser inden for dette forskningsfelt, imidlertid, beviser er dukket op på, at der var mindre mængder af O2 i små områder af Jordens gamle lavvandede oceaner før GOE. Og i en undersøgelse offentliggjort for nylig i tidsskriftet Natur Geovidenskab , et forskerhold ledet af forskere ved Arizona State University (ASU) har leveret overbevisende beviser for betydelig iltning af havet før GOE, i større skala og til større dybder end tidligere anerkendt.

Til denne undersøgelse, holdet målrettede et sæt 2,5 milliarder år gamle marine sedimentære sten fra det vestlige Australien kendt som Mt. McRae-skiferen. "Disse sten var perfekte til vores undersøgelse, fordi de tidligere blev vist at være blevet aflejret under en unormal iltningsepisode før den store oxidationsbegivenhed, " siger hovedforfatter Chadlin Ostrander fra ASU's School of Earth and Space Exploration.

Skifer er sedimentære bjergarter, der var, på et tidspunkt i jordens fortid, aflejret på havbunden i gamle oceaner. I nogle tilfælde, disse skifer indeholder de kemiske fingeraftryk fra de gamle oceaner, de blev aflejret i.

Til denne forskning, Ostrander opløste skiferprøver og adskilte elementer af interesse i et rent laboratorium, målte derefter isotopsammensætninger på et massespektrometer. Denne proces blev afsluttet med hjælp fra medforfatterne Sune Nielsen ved Woods Hole Oceanographic Institution (Massachusetts); Jeremy Owens ved Florida State University; Brian Kendall ved University of Waterloo (Ontario, Canada); videnskabsmænd Gwyneth Gordon og Stephen Romaniello fra ASU's School of Earth and Space Exploration; og Ariel Anbar fra ASU's School of Earth and Space Exploration og School of Molecular Sciences. Dataindsamlingen tog over et år og brugte faciliteter på Woods Hole Oceanographic Institution, Florida State University, og ASU.

Ved hjælp af massespektrometre, holdet målte thallium- og molybdænisotopsammensætningerne af Mt. McRae-skiferen. Dette var første gang, begge isotopsystemer var blevet målt i det samme sæt af skiferprøver. Som antaget, et forudsigeligt thallium og molybdæn isotopmønster opstod, hvilket indikerer, at manganoxidmineraler blev begravet i havbunden over store områder af det gamle hav. For at denne begravelse kan finde sted, O2 skulle have været til stede helt ned til havbunden for 2,5 milliarder år siden.

Disse resultater forbedrer forskernes forståelse af Jordens historie om iltning af havet. Akkumulering af O2 var sandsynligvis ikke begrænset til små dele af overfladehavet før GOE. Mere sandsynligt, O2-akkumulering strakte sig over store områder af havet og strakte sig langt ind i havets dybder. På nogle af disse områder, O2-akkumulering ser ud til at have strakt sig helt ned til havbunden.

"Vores opdagelse tvinger os til at genoverveje den indledende iltning af Jorden, " siger Ostrander. "Mange beviser tyder på, at O2 begyndte at akkumulere i Jordens atmosfære efter omkring 2,5 milliarder år siden under GOE. Imidlertid, det er nu tydeligt, at Jordens indledende iltning er en historie med rod i havet. O2 akkumuleret sandsynligvis i jordens oceaner - til betydelige niveauer, ifølge vores data - i god tid før du gør det i atmosfæren."

"Nu hvor vi ved, hvornår og hvor O2 begyndte at opbygges, Det næste spørgsmål er hvorfor," siger ASU-præsidentens professor og medforfatter Anbar. "Vi tror, ​​at bakterier, der producerer O2, trivedes i havene længe før O2 begyndte at opbygge sig i atmosfæren. Hvad ændrede sig for at forårsage denne opbygning? Det er det, vi arbejder på næste gang."