Wetenschappers hebben zich lang afgevraagd hoe de atmosfeer van de aarde zich met zuurstof vulde. UBC-geoloog Matthijs Smit en onderzoekspartner Klaus Mezger hebben mogelijk het antwoord gevonden in continentale gesteenten die miljarden jaren oud zijn.

"Oxygenatie wachtte om te gebeuren, ' zei Smit. 'Het enige dat nodig was, was dat de continenten volwassen waren geworden.'

De vroege atmosfeer en oceanen van de aarde waren verstoken van vrije zuurstof, hoewel kleine cyanobacteriën het gas produceerden als een bijproduct van fotosynthese. Vrije zuurstof is zuurstof die niet wordt gecombineerd met andere elementen zoals koolstof of stikstof, en aerobe organismen hebben het nodig om te leven. Ongeveer drie miljard jaar geleden vond er een verandering plaats, toen kleine gebieden met vrije zuurstof in de oceanen begonnen te verschijnen. Vervolgens, ongeveer 2,4 miljard jaar geleden, zuurstof in de atmosfeer plotseling verhoogd met ongeveer 10, 000 keer in slechts 200 miljoen jaar. Deze periode, bekend als het Grote Oxidatie-evenement, veranderde chemische reacties op het aardoppervlak volledig.

Smit, een professor in de afdeling aarde van UBC, oceaan- en atmosferische wetenschappen, en collega, professor Klaus Mezger van de Universiteit van Bern, wisten dat de samenstelling van continenten in deze periode ook veranderde. Ze gingen op zoek naar een link, nauwkeurig kijken naar records met details over de geochemie van schalies en stollingsgesteenten van over de hele wereld - meer dan 48, 000 stenen die miljarden jaren oud zijn.

"Het bleek dat er een duizelingwekkende verandering plaatsvond in de samenstelling van continenten op hetzelfde moment dat vrije zuurstof zich begon op te hopen in de oceanen, ' zei Smit.

Vóór de zuurstofvoorziening, continenten waren samengesteld uit gesteenten die rijk zijn aan magnesium en arm aan silica - vergelijkbaar met wat tegenwoordig te vinden is in plaatsen als IJsland en de Faeröer. Maar belangrijker, die rotsen bevatten een mineraal dat olivijn wordt genoemd. Wanneer olivijn in contact komt met water, het initieert chemische reacties die zuurstof verbruiken en het opsluiten. Dat is waarschijnlijk wat er in het begin van de geschiedenis van de aarde is gebeurd met de zuurstof die door cyanobacteriën wordt geproduceerd.

Echter, toen de continentale korst evolueerde naar een samenstelling die meer leek op die van vandaag, olivijn vrijwel verdwenen. Zonder dat mineraal om te reageren met water en zuurstof te verbruiken, het gas mocht eindelijk ophopen. Oceanen raakten uiteindelijk verzadigd, en zuurstof kwam in de atmosfeer terecht.

"Het lijkt echt het startpunt te zijn geweest voor de diversificatie van het leven zoals we die kennen, " zei Smit. "Na die verandering, de aarde veel bewoonbaarder en geschikter werd voor de evolutie van complex leven, maar dat had een triggermechanisme nodig, en dat is wat we misschien hebben gevonden."

Wat de oorzaak was van de verandering van de samenstelling van continenten, dat is het onderwerp van lopende studie. Smit merkt op dat de moderne platentektoniek rond dezelfde tijd begon, en veel wetenschappers theoretiseren dat er een verband is.

De studie is gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen .