Een 2 miljard jaar oud stuk zeezout levert nieuw bewijs voor de transformatie van de atmosfeer van de aarde in een zuurstofrijke omgeving die in staat is het leven zoals wij dat kennen te ondersteunen.

De studie door een internationaal team van instellingen, waaronder Princeton University, vond dat de stijging van zuurstof die ongeveer 2,3 miljard jaar geleden plaatsvond, bekend als het Grote Oxidatie-evenement, veel ingrijpender was dan eerder aangegeven.

"In plaats van een druppel, het leek meer op een brandslang, " zei Clara Blättler, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Geowetenschappen van Princeton en eerste auteur van de studie, die online werd gepubliceerd door het tijdschrift Wetenschap op donderdag, 22 maart. "Het was een grote verandering in de productie van zuurstof."

Het bewijs voor de sterke toename van zuurstof is afkomstig van gekristalliseerde zoutrotsen die zijn gewonnen uit een 1,2 mijl diep gat in de regio Karelië in het noordwesten van Rusland. Deze zoutkristallen bleven achter toen het oude zeewater verdampte, en ze geven geologen ongekende aanwijzingen over de samenstelling van de oceanen en de atmosfeer op aarde meer dan 2 miljard jaar geleden.

De belangrijkste aanwijzing voor de toename van de zuurstofproductie kwam van de ontdekking dat de minerale afzettingen een verrassend grote hoeveelheid van een bestanddeel van zeewater bevatten dat bekend staat als sulfaat, die ontstond toen zwavel reageerde met zuurstof.

"Dit is het sterkste bewijs ooit dat het oude zeewater waaruit die mineralen precipiteerden hoge sulfaatconcentraties had die ten minste 30 procent van het huidige oceanische sulfaat bereikten, zoals onze schattingen aangeven, " zei Aivo Lepland, een onderzoeker bij de Geological Survey of Norway, een geologiespecialist aan de Technische Universiteit van Tallinn, en senior auteur van het onderzoek. "Dit is veel hoger dan eerder werd gedacht en het vereist een aanzienlijke heroverweging van de omvang van de oxygenatie van het 2 miljard jaar oude atmosfeer-oceaansysteem van de aarde."

Zuurstof vormt ongeveer 20 procent van de lucht en is essentieel voor het leven zoals we dat kennen. Volgens geologisch bewijs, zuurstof begon te verschijnen in de atmosfeer van de aarde tussen 2,4 en 2,3 miljard jaar geleden.

Tot de nieuwe studie, echter, geologen waren er niet zeker van of deze opbouw van zuurstof - veroorzaakt door de groei van cyanobacteriën die in staat zijn tot fotosynthese, waarbij koolstofdioxide wordt opgenomen en zuurstof wordt afgegeven - was een langzame gebeurtenis die miljoenen jaren duurde of een snellere gebeurtenis.

"Het was moeilijk om deze ideeën te testen omdat we geen bewijs uit die tijd hadden om ons te vertellen over de samenstelling van de atmosfeer, ' zei Blattler.

De recent ontdekte kristallen leveren dat bewijs. De in Rusland verzamelde zoutkristallen zijn meer dan een miljard jaar ouder dan alle eerder ontdekte zoutafzettingen. De afzettingen bevatten haliet, dat steenzout wordt genoemd en chemisch identiek is aan tafelzout of natriumchloride, evenals andere zouten van calcium, magnesium en kalium.

Normaal gesproken lossen deze mineralen gemakkelijk op en worden ze na verloop van tijd weggespoeld, maar in dit geval waren ze uitzonderlijk goed bewaard diep in de aarde. Geologen van de Geological Survey of Norway in samenwerking met het Karelian Research Centre in Petrozavodsk, Rusland, de zouten teruggewonnen van een boorlocatie genaamd de Onega Parametric Hole (OPH) aan de westelijke oevers van het Onegameer.

De unieke eigenschappen van het monster maken ze zeer waardevol bij het samenvoegen van de geschiedenis van wat er gebeurde na de Grote Oxidatie-gebeurtenis, zei John Higgins, assistent-professor geowetenschappen aan Princeton, die samen met andere co-auteurs de interpretatie van de geochemische analyse heeft gegeven.

"Dit is een vrij speciale klasse van geologische afzettingen, Higgins zei. "Er is veel discussie geweest over de vraag of de Great Oxidation Event, die is gekoppeld aan toename en afname van verschillende chemische signalen, vertegenwoordigt een grote verandering in de zuurstofproductie, of gewoon een drempel die werd overschreden. Waar het op neerkomt, is dat dit artikel bewijs levert dat de oxygenatie van de aarde in deze periode veel zuurstofproductie met zich meebracht."

Het onderzoek zal de ontwikkeling van nieuwe modellen stimuleren om uit te leggen wat er gebeurde na de Grote Oxidatie om de ophoping van zuurstof in de atmosfeer te veroorzaken, zei Blattler. "Er kunnen belangrijke veranderingen zijn geweest in feedbackcycli op het land of in de oceanen, of een grote toename van de zuurstofproductie door microben, maar hoe dan ook, het was veel dramatischer dan we eerder hadden begrepen."