In de vroege geschiedenis van de aarde, enkele miljarden jaren geleden, er waren alleen sporen van zuurstof in de atmosfeer en de oceanen. De huidige luchtademende organismen zouden onder die omstandigheden niet hebben bestaan. De verandering werd veroorzaakt door fotosynthetiserende bacteriën, die zuurstof als bijproduct creëerde - in enorme hoeveelheden. 2,5 miljard jaar oude gesteentelagen op verschillende continenten hebben aanwijzingen opgeleverd dat toen de eerste grote toename van het aandeel zuurstof in de atmosfeer plaatsvond.

Nutsvoorzieningen, samenwerken met internationale collega's, Dr. Benjamin Eickmann en professor Ronny Schönberg, isotoop-geochemici van de Universiteit van Tübingen hebben in het Pongola-bekken in Zuid-Afrika lagen ontdekt die al 2,97 miljard jaar geleden getuigen van zuurstofproductie door bacteriën. Dat maakt het Basin de vroegst bekende thuisbasis van zuurstofproducerende organismen - bekend als een zuurstofoase. Het onderzoek is gepubliceerd in de laatste Natuur Geowetenschappen .

De omstandigheden op aarde waren zo'n drie miljard jaar geleden op zijn zachtst gezegd onherbergzaam. De atmosfeer bevatte slechts een honderdduizendste van de zuurstof die het tegenwoordig heeft. De oeroceanen bevatten nauwelijks sulfaat; maar ze bevatten wel grote hoeveelheden ijzerhoudend ijzer. Toen bacteriën zuurstof begonnen te produceren, het zou zich aanvankelijk kunnen hechten aan andere elementen, maar begon ongeveer 2,5 miljard jaar geleden de atmosfeer te verrijken tijdens een massale zuurstofemissie.

"Dat zien we aan het verdwijnen van verminderde mineralen in de sedimenten op de continenten. Bepaalde zwavelkenmerken die alleen in een zuurstofarme atmosfeer kunnen worden gevormd, zijn niet meer te vinden, " zegt Benjamin Eickmann, hoofdauteur van de studie. Deze gebeurtenis, die zou kunnen worden omschreven als wereldwijde milieuvervuiling, ging de geschiedenis van de aarde in als de Grote Zuurstofgebeurtenis. Het was een ramp voor de vroege bacteriesoorten die zich onder zuurstofarme omstandigheden hadden ontwikkeld; de zuurstof vergiftigde hen. "Echter, na de eerste grote stijging, de atmosfeer bevatte slechts 0,2 procent zuurstof; vandaag is het ongeveer 21 procent, " legt Eickmann uit. Blootgesteld aan een atmosfeer die steeds meer zuurstof bevatte, de continenten waren onderhevig aan versterkte erosie. Daardoor kwamen er meer sporenelementen in de oceanen terecht. De verbeterde aanvoer van nutriënten leidde op zijn beurt tot meer levensvormen in de zeeën.

Zwavelhandtekeningen als archief van de geschiedenis van de aarde

In hun huidige onderzoek onderzochten de onderzoekers de 2,97 miljard jaar oude sedimenten die zijn afgezet in het Pongola-bekken in wat nu Zuid-Afrika is. Uit de verhoudingen van zwavelisotopen (met name de van ³⁴ S/ ³² S-verhouding), in de sedimenten, kunnen de onderzoekers concluderen dat de bacteriën het sulfaat in de oerzeeën als energiebron gebruikten, het chemisch verminderen.

"Sulfaat is een vorm van geoxideerde zwavel. Een hogere concentratie sulfaat in het water geeft aan dat er voldoende vrije zuurstof aanwezig moet zijn geweest in de ondiepe zee van het Pongola Basin, " zegt Ronny Schönberg. Deze vrije zuurstof moet door andere, fotosynthetiserende bacteriën. Tegelijkertijd, een andere zwavelisotoopsignatuur (de ³³ S/ ³² S-ratio) in deze sedimenten duidt op een aanhoudende verminderde, zeer zuurstofarme atmosfeer.

"Dat maakt het Pongola-bekken tot de oudste zuurstofoase die tot nu toe bekend is. De zuurstof stapelde zich op in het water lang voor de Great Oxygenation Event, Schönberg legt uit. Enkele honderden miljoenen jaren later, de gestaag stijgende zuurstofniveaus leidden tot de oxidatie van de atmosfeer, en dat is wat het leven op aarde – in al zijn verscheidenheid zoals we dat nu kennen – zelfs mogelijk maakte.