Puster nyt liv i iltdebattens fremkomst

Ny forskning tyder stærkt på, at de forskellige 'iltningshændelser', der skabte Jordens åndbare atmosfære, skete spontant, snarere end at være en konsekvens af biologiske eller tektoniske revolutioner.

University of Leeds undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , ikke kun skinner et lys på historien om ilt på vores planet, det giver ny indsigt i udbredelsen af ​​andre iltede verdener end vores egen.

Den tidlige Jord havde ingen ilt i sin atmosfære eller oceaner indtil for omkring 2,4 milliarder år siden, da den første af tre store iltningshændelser fandt sted. Årsagerne til disse 'trinvise' stigninger i ilt på Jorden har været genstand for løbende videnskabelig debat.

I en ny undersøgelse, Leeds-forskere modificerede en veletableret konceptuel model for marin biogeokemi, så den kunne køres over hele Jordens historie, og fandt ud af, at det producerede de tre iltningsbegivenheder helt af sig selv.

Deres resultater tyder på, at ud over tidlige fotosyntetiske mikrober og initieringen af ​​pladetektonik - som begge blev etableret for omkring tre milliarder år siden - var det simpelthen et spørgsmål om tid, før ilt ville nå det nødvendige niveau for at understøtte komplekst liv.

Denne nye teori øger drastisk muligheden for, at verdener med højt iltindhold eksisterer andre steder.

Studielederforfatter Lewis Alcott, en postgraduat forsker ved School of Earth and Environment i Leeds, sagde:"Denne forskning tester virkelig vores forståelse af, hvordan Jorden blev iltrig, og blev dermed i stand til at understøtte intelligent liv.

"Baseret på dette arbejde, det ser ud til, at iltede planeter kan være meget mere almindelige end tidligere antaget, fordi de ikke kræver flere – og meget usandsynlige – biologiske fremskridt, eller tilfældige hændelser af tektonik."

Den første "store oxidationsbegivenhed" fandt sted under den paleoproterozoiske æra - for omkring 2,4 milliarder år siden. De efterfølgende engros-iltningsbegivenheder fandt sted i den neoproterozoiske æra for omkring 800 millioner år siden og til sidst i den palæozoiske æra for omkring 450 millioner år siden, når atmosfærisk ilt steg til nutidens niveauer.

Store dyr med høje energibehov kræver høje niveauer af ilt, og udviklede sig kort efter det sidste af disse trin, i sidste ende udvikler sig til dinosaurer og pattedyr.

I øjeblikket, de to fremherskende teorier antyder, at drivkraften bag disse iltningsbegivenheder enten var store skridt i biologiske revolutioner – hvor udviklingen af ​​gradvist mere komplekse livsformer i det væsentlige "biokonstruerede" iltning til højere niveauer – eller tektoniske omdrejninger – hvor ilt steg på grund af skift i stilen med vulkanisme eller sammensætning af skorpen.

Den nye undersøgelse fremhæver i stedet et sæt feedbacks, der eksisterer mellem det globale fosfor, kulstof- og iltkredsløb, som er i stand til at drive hurtige skift i havets og atmosfæriske iltniveauer uden at kræve nogen 'trinvis' ændring i hverken tektonik eller biologi.

Studie medforfatter professor Simon Poulton, også fra School of Earth and Environment i Leeds sagde:"Vores model antyder, at iltning af Jorden til et niveau, der kan opretholde komplekst liv, var uundgåelig, når mikroberne, der producerer ilt, havde udviklet sig."

Deres 'jordsystem'-model af tilbagekoblingerne reproducerer det observerede iltningsmønster i tre trin, når det udelukkende drives af et gradvist skift fra reducerende til oxiderende overfladeforhold over tid. Overgangene er drevet af den måde, hvorpå det marine fosforkredsløb reagerer på skiftende iltniveauer, og hvordan dette påvirker fotosyntesen, som kræver fosfor.

Senior forfatter Dr. Benjamin Mills, som leder den biogeokemiske modelleringsgruppe i Leeds, sagde:"Modellen viser, at en gradvis iltning af Jordens overflade over tid bør resultere i forskellige iltningshændelser i atmosfæren og havene, sammenlignelig med dem, der ses i den geologiske optegnelse.

"Vores arbejde viser, at forholdet mellem det globale fosfor, kulstof- og iltkredsløb er grundlæggende for at forstå Jordens iltningshistorie. Dette kunne hjælpe os til bedre at forstå, hvordan en anden planet end vores egen kan blive beboelig."

Artiklen "Stepwise Earth oxygenation is an inherent property of global biogeochemical cycling" er offentliggjort online i Videnskab den 10. december 2019.