Hvor lavt gik det? Undersøgelse søger at afgøre debat om ilt i Jordens tidlige atmosfære

Forskere har længe diskuteret, hvor meget molekylært ilt der var i Jordens tidlige atmosfære. For omkring 2,4 milliarder år siden, der var en stigning i ilt, der transformerede Jordens atmosfære og biosfære, til sidst at gøre livet som vores muligt. Denne overgang kaldes "den store oxidationsbegivenhed". Men hvor meget ilt var der i atmosfæren før dette tidspunkt?

Et team af forskere, ledet af tidligere Arizona State University doktorand Aleisha Johnson, har arbejdet på at opklare mysteriet om, hvordan scenen var sat til den store oxidationsbegivenhed.

Ved hjælp af computermodellering, Johnson og hendes team fastslog, hvor meget ilt der kunne have været til stede på jordens overflade før den store oxidationsbegivenhed - og konsekvenserne for livet på den tidlige jord.

"Vi indånder alle ilt, og vi lever alle på den eneste planet, der er kendt, hvor det er muligt, " siger Johnson. "Med vores undersøgelse, vi er et skridt tættere på at forstå, hvordan det skete – hvordan Jorden var i stand til at gå over til, og opretholde, en iltrig atmosfære."

Resultaterne af deres undersøgelse er blevet offentliggjort i Videnskab fremskridt .

Det mangeårige puslespil

Geovidenskabsmænd, der studerer Jordens stenrekord, har fundet tilsyneladende modstridende beviser om Jordens tidlige atmosfære. På den ene side, "fingeraftrykkene" af ilt fundet efter den store oxidationsbegivenhed mangler for det meste før det tidspunkt, fik nogle videnskabsmænd til at hævde, at det var fraværende.

Men nyere opdagelser tyder på i det mindste en vis nedbrydning af almindelige mineraler, der reagerer kraftigt i nærvær af ilt, og i det mindste en vis forsyning til havene af kemiske grundstoffer som molybdæn, der akkumuleres i floder og oceaner, når der er ilt til stede. De modstridende bevislinjer skaber et langvarigt puslespil.

"Beviserne virkede modstridende, men vi vidste, at der måtte være en forklaring, sagde Johnson, som i øjeblikket er National Science Foundation postdoc ved University of Chicago.

For at hjælpe med at løse dette puslespil, Johnson og hendes team skrev en computermodel, der bruger, hvad man ved om molybdæns miljøkemi, mineralers reaktioner med små mængder ilt, og målinger, som andre har foretaget af forekomster af molybdæn i gamle sedimentære bjergarter, at finde ud af rækkevidden af ​​iltniveauer, der var muligt i Jordens atmosfære før 2,4 milliarder år siden.

"Denne computermodel hjælper os med at kvantificere, hvor meget ilt der faktisk er nødvendigt for at producere den kemi, der er synlig i stenrekorden, " sagde Johnson.

Hvad holdet fandt var, at mængden af ​​ilt, der var nødvendig for at forklare molybdænbeviset, var så lille, at det ikke ville have efterladt mange andre fingeraftryk.

"Der er et gammelt ordsprog, der siger, at 'fravær af beviser er ikke bevis på fravær, '" sagde studiets medforfatter Ariel Anbar, der er professor ved ASU's School of Earth and Space Exploration og School of Molecular Sciences. "Indtil nu, vores ideer om, at ilt var fraværende før den store oxidationsbegivenhed, var for det meste formet af et fravær af beviser. Nu har vi grund til at tro, at det var der - bare på lavere niveauer, end man kunne opdage før."

Resultaterne understøtter andre beviser, der tyder på, at der blev produceret ilt, muligvis af biologi, længe før den store oxidationsbegivenhed. At, på tur, hjælper videnskabsmænd i deres søgen efter at finde ud af, hvilke ændringer i Jordens systemer, der forårsagede en af ​​de vigtigste transformationer i Jordens historie.

"Vores håb er, at disse begrænsninger på gammelt atmosfærisk ilt hjælper os med at forstå årsagen til og naturen af ​​den store oxidationsbegivenhed. Men dette handler ikke kun om Jordens historie. Når vi begynder at udforske jordlignende verdener, der kredser om andre stjerner, vi vil gerne vide, om iltrige atmosfærer som vores sandsynligvis er almindelige eller sjældne. Så denne forskning hjælper også med at informere søgen efter liv på andre planeter end vores egen, " sagde Johnson.

De yderligere forfattere på denne undersøgelse er Chadlin Ostrander fra Woods Hole Oceanographic Institution, Stephen Romaniello fra University of Tennessee, Christopher Reinhard fra Georgia Institute of Technology, Allison Greaney fra Oak Ridge National Laboratory og Timothy Lyons fra University of California, Riverside.