Snebolde chance på Jorden og tidlige tegn på liv

Ny forskning ledet af University of St Andrews hjælper med at besvare et af de mest stillede spørgsmål inden for geovidenskab, hvornår begyndte Jorden at blive beboelig til komplekst liv?

Forskningen, ledet af School of Earth and Environmental Sciences, og offentliggjort i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ) i dag adresserer dette ved at definere, hvad der kom først, den store oxidationshændelse (GOE) eller den paleoproterozoiske sneboldjordperiode. Den relative timing af disse globale begivenheder er afgørende for at forstå ændringer i atmosfærisk sammensætning og klimaforhold, og hvordan de første tegn på liv på jorden begyndte.

Tidligt i Jordens historie manglede atmosfæren ilt og ville som sådan have været fjendtlig over for meget af det liv, der dækker planeten i dag. I over et halvt århundrede, geoforskere har forsøgt at finde ud af, præcis hvornår atmosfæriske iltniveauer begyndte at stige, hvorved Jorden blev mere beboelig for komplekse, multicellulært liv. Videnskabelig konsensus har været, at den første bemærkelsesværdige stigning i ilt fandt sted under Great Oxidation Event (GOE), engang mellem 2,4 og 2,3 milliarder år siden.

Tilknyttet denne GOE, sten fra Canada, Sydafrika, Rusland og andre steder viser, at der fandt sted en stor global istid. Geologiske beviser tyder på, at iskapper strakte sig til troperne i det, der er blevet kaldt en 'sneboldjorden' begivenhed. Hvad der dog stadig er uklart, er den relative timing af disse begivenheder.

Forskerteamet fokuserede på at definere tidspunktet for GOE ved at undersøge et sæt borekerner fra det nordvestlige Rusland (Fennoscandia), samlet som en del af det internationale FAR-DEEP boreprogram. Forskerne studerede to klippeformationer, den ældre Seidorechka Sedimentære Formation og den yngre Sedimentære Formation af Polisarka.

Teamet gennemførte svovlisotopanalyse for at bestemme, hvad iltindholdet i atmosfæren sandsynligvis ville have været på det tidspunkt, hvor hver stenrækkefølge blev deponeret. Dette krævede udvikling af en ny analytisk teknik, der er i stand til at analysere, med høj præcision, alle fire stabile isotoper af svovl. Som resultat, University of St Andrews har nu det eneste laboratorium i Storbritannien med denne kapacitet og kun det andet laboratorium i verden til at udvikle denne særlige metode.

Ændringer i de relative mængder af hver svovlisotop i prøverne gav teamet mulighed for at identificere, om svovlisotoper i disse sten følger et forudsigeligt forhold, masseafhængig fraktionering eller MDF, eller om de ikke følger et forudsigeligt forhold, angiver masseuafhængig fraktionering eller MIF. Det er kun muligt at producere og bevare svovl -MIF i en atmosfære, der mangler betydelig ilt; når iltniveauet stiger, svovl MDF overtager. Derfor, en fælles markør for GOE er denne overgang fra MIF til MDF i rockpladen.

Analysen fandt ud af, at den ældre Seidorechka Sedimentary Formation bevarer svovl -MIF, men den yngre Polisarka Sedimentary Formation bevarer svovl -MDF -betingelser. Det betyder, at GOE opstod engang imellem deponeringen af ​​disse to stensager. Ved hjælp af tidligere offentliggjorte aldersbegrænsninger, forskerne konkluderede, at GOE skal have fundet sted for mellem 2,50 og 2,43 milliarder år siden. Dette er en ældre alder for GOE, som tidligere blev antaget at have fundet sted for 2,48 til 2,39 milliarder år siden og begrænser en smallere, cirka 70 millioner års tidsinterval, hvor det kunne have fundet sted.

Ledende videnskabsmand, Dr. Matthew Warke, fra School of Earth and Environmental Sciences, sagde:"Vores forskning giver os mulighed for endegyldigt at sige, at GOE gik forud for den tidligste sneboldjordglaciering i historien, da sidstnævnte menes at have fundet sted for omkring 2,42 milliarder år siden. Dette øger muligheden for, at iltstigning i Jordens atmosfære under GOE kan have udløst en af ​​de mest alvorlige glaciationer, planeten nogensinde har oplevet.

"En mulig mekanisme, hvormed dette kan være sket, der er i overensstemmelse med vores resultater og nuværende tankegang, er, at stigende atmosfæriske iltniveauer kan have kritisk destabiliseret et metan-domineret drivhus, der får overfladetemperaturer til at falde hurtigt. Andre mekanismer kan have virket, men afgørende nok udelukker vores resultater alle mekanismer, der påberåber sig, at sneboldets istid opstod før GOE, løse et af de mest mangeårige problemer med 'kylling eller æg' i Jordens historie. "