Meer dan 2,4 miljard jaar geleden, De atmosfeer van de aarde was onherbergzaam, gevuld met giftige gassen die wild fluctuerende oppervlaktetemperaturen veroorzaakten. Begrijpen hoe de huidige wereld van milde klimaten en ademende lucht vorm kreeg, is een fundamentele vraag in de aardwetenschappen.

Nieuw onderzoek van de Universiteit van Maryland, de Universiteit van St. Andrews, NASA's Jet Propulsion Laboratory, de Universiteit van Leeds en het Blue Marble Space Institute of Science suggereren dat lang geleden, De atmosfeer van de aarde was ongeveer een miljoen jaar gevuld met een methaanrijke waas. Deze waas verdreef een grote hoeveelheid waterstof uit de atmosfeer, de weg vrijmaken voor enorme hoeveelheden zuurstof om de lucht te vullen. Deze transformatie resulteerde in een atmosfeer die veel lijkt op de atmosfeer die het leven op aarde in stand houdt.

De resultaten van de groep, gepubliceerd op 13 maart 2017 in de vroege online editie van de Proceedings van de National Academy of Sciences , een nieuwe bijdragende oorzaak voor de Great Oxidation Event voorstellen, die 2,4 miljard jaar geleden plaatsvond, toen de zuurstofconcentraties in de atmosfeer van de aarde met meer dan 10 toenamen, 000 keer.

"De transformatie van de aardse lucht van een giftige mix naar een meer verwelkomende, zuurstofrijke atmosfeer gebeurde in een geologisch moment, " zei James Farquhar, een professor in de geologie aan de UMD en een co-auteur van de studie. Farquhar heeft ook een afspraak bij UMD's Earth System Science Interdisciplinair Centrum. "Met dit onderzoek we hebben eindelijk het eerste complete beeld van hoe methaannevel dit mogelijk heeft gemaakt."

De onderzoekers gebruikten gedetailleerde chemische gegevens en geavanceerde atmosferische modellen om de atmosferische chemie te reconstrueren in de periode vlak voor de Grote Oxidatie. Hun resultaten suggereren dat oude bacteriën - het enige leven op aarde in die tijd - enorme hoeveelheden methaan produceerden die reageerden om de lucht te vullen met een dikke waas, die lijkt op de hedendaagse atmosfeer van Saturnusmaan Titan.

Eerdere studies door veel van dezelfde onderzoekers hadden al vroeg in de geschiedenis van de aarde verschillende van dergelijke waasgebeurtenissen geïdentificeerd. Maar de huidige studie is de eerste die laat zien hoe snel deze gebeurtenissen begonnen en hoe lang ze duurden.

"Hoge methaangehaltes betekenden dat meer waterstof, het hoofdgas dat de opbouw van zuurstof verhindert, zou kunnen ontsnappen naar de ruimte, de weg vrijmaken voor wereldwijde zuurstofvoorziening, " zei Aubrey Zerkle, een biogeochemicus aan de Universiteit van St. Andrews en een co-auteur van de studie. "Onze nieuwe dataset vormt het record met de hoogste resolutie van Archean atmosferische chemie ooit geproduceerd, en schetst een dramatisch beeld van de toestand van het aardoppervlak vóór de zuurstofvoorziening van onze planeet."

De methaannevel hield ongeveer een miljoen jaar aan. Nadat voldoende waterstof de atmosfeer had verlaten, de juiste chemische omstandigheden namen het over en de zuurstofboom kwam op gang, waardoor de evolutie van al het meercellige leven mogelijk wordt.

De sleutel tot de analyse van de onderzoekers was de ontdekking van afwijkende patronen van zwavelisotopen in de geochemische records uit die tijd. Zwavelisotopen worden vaak gebruikt als een proxy om oude atmosferische omstandigheden te reconstrueren, maar eerdere onderzoeken naar de betreffende periode hadden niets bijzonders aan het licht gebracht.

"Het reconstrueren van de evolutie van de atmosferische chemie is lange tijd de focus geweest van geochemisch onderzoek, " zei Gareth Izon, hoofdauteur van de studie, die aan het onderzoek heeft bijgedragen toen hij postdoctoraal onderzoeker was aan St. Andrews en nu postdoctoraal onderzoeker is aan het Massachusetts Institute of Technology. "Onze nieuwe gegevens laten zien dat de chemische samenstelling van de atmosfeer dynamisch was en tenminste in de opmaat naar de Grote Oxidatie Gebeurtenis, overgevoelig voor biologische regulatie."

Het onderzoeksrapport, "Biologische regulatie van atmosferische chemie op weg naar planetaire oxygenatie, "Gareth Izon, Aubrey Zerkle, Kenneth Williford, James Farquar, Simon Poulton, en Mark Claire, werd op 13 maart gepubliceerd 2017 in de Proceedings van de National Academy of Sciences .