Chemische handtekeningen in schalie, het meest voorkomende sedimentgesteente op aarde, wijzen op een snelle opkomst van land boven de oceaan 2,4 miljard jaar geleden die mogelijk dramatische veranderingen in klimaat en leven veroorzaakte.

In een studie gepubliceerd in het 24 mei nummer van het tijdschrift Natuur , onderzoekers melden dat schalie die van over de hele wereld is bemonsterd, archiefkwaliteitsbewijs bevat van bijna onmerkbare sporen van regenwater dat verwering van het land veroorzaakte van 3,5 miljard jaar geleden.

Opmerkelijke veranderingen in de verhoudingen van zuurstof 17 en 18 met meer gebruikelijke zuurstof 16, zei hoofdauteur Ilya Bindeman, een geoloog aan de Universiteit van Oregon, stelden onderzoekers in staat om de chemische geschiedenis in de rotsen te lezen.

Daarbij, ze vestigden zich toen nieuw opgedoken korst werd blootgesteld aan verwering door chemische en fysische processen, en, breder, toen het moderne hydrologische proces van vochtdestillatie tijdens transport over grote continenten begon.

Het bewijs is afkomstig van analyses van drie zuurstofisotopen, in het bijzonder de zeldzame maar stabiele zuurstof 17, in 278 schaliemonsters getrokken uit ontsluitingen en boorgaten van elk continent en verspreid over 3,7 miljard jaar geschiedenis van de aarde. De analyses zijn gedaan in het Stable Isotope Laboratory van Bindeman.

Op basis van zijn eigen eerdere modellering en andere studies, Bindeman zei, De totale landmassa op de planeet 2,4 miljard jaar geleden heeft mogelijk ongeveer tweederde bereikt van wat nu wordt waargenomen. Echter, de opkomst van het nieuwe land gebeurde abrupt, parallel met grootschalige veranderingen in de manteldynamiek.

Isotopische veranderingen die destijds in de schaliemonsters werden geregistreerd, vallen ook samen met de veronderstelde timing van landbotsingen die het eerste supercontinent van de aarde vormden, Kenorland, en hoge bergketens en plateaus.

"De korst moet dik zijn om uit het water te steken, " Zei Bindeman. "De dikte hangt af van de hoeveelheid en ook van thermische regeling en de viscositeit van de mantel. Toen de aarde heet was en de mantel zacht, groot, hoge bergen konden niet worden ondersteund. Onze gegevens geven aan dat dit 2,4 miljard jaar geleden exponentieel veranderde. De koelere mantel kon grote stukken land boven zeeniveau dragen."

De temperaturen aan het oppervlak toen het nieuwe land uit de zee kwam, zouden waarschijnlijk tientallen graden heter zijn geweest dan vandaag, hij zei.

De studie vond een stapsgewijze verandering in drievoudige isotopen van zuurstof rond dat tijdsbestek. Dat, zeiden de wetenschappers, lost eerdere argumenten voor een geleidelijke of stapsgewijze opkomst van land tussen 1,1 en 3,5 miljard jaar geleden op. 2,4 miljard jaar geleden, Bindeman zei, het pas ontstane land begon koolstofdioxide uit de atmosfeer te verbruiken te midden van chemische verwering.

De timing valt ook samen met de overgang van de Archean Eon, wanneer eenvoudige prokaryotische levensvormen, archaea en bacteriën, bloeide in het water, naar de Proterozoïcum Eon, wanneer eukaryoten, zoals algen, planten en schimmels, ontstond.

"In dit onderzoek, we hebben gekeken naar hoe verwering gedurende 3,5 miljard jaar verliep, "Zei Bindeman. "Land dat uit het water oprijst, verandert het albedo van de planeet. aanvankelijk, De aarde zou vanuit de ruimte donkerblauw zijn geweest met enkele witte wolken. Vroege continenten toegevoegd aan reflectie. Vandaag hebben we donkere continenten vanwege veel vegetatie."

Blootstelling van het nieuwe land aan verwering, hij zei, mogelijk een gootsteen van broeikasgassen zoals kooldioxide, het verstoren van de stralingsbalans van de aarde die tussen 2,4 miljard en 2,2 miljard jaar geleden een reeks ijstijden veroorzaakte. Dat, hij zei, kan hebben geleid tot de Great Oxygenation Event waarin atmosferische veranderingen aanzienlijke hoeveelheden vrije zuurstof in de lucht brachten. Rotsen werden geoxideerd en werden rood. Archeïsche rotsen zijn grijs.

Bij gebrek aan veel land, hij zei, fotonen van de zon wisselden in met water en verwarmden het. Een helder oppervlak, geleverd door opkomend land, zou zonlicht terug in de ruimte reflecteren, het creëren van extra koppel op de stralings-kasbalans en een verandering in het klimaat.

"Wat we speculeren is dat zodra grote continenten ontstonden, licht zou terug de ruimte in worden gereflecteerd en op hol geslagen ijstijd veroorzaken, "Zei Bindeman. "De aarde zou haar eerste sneeuwval hebben gezien."

Schalies worden gevormd door de verwering van korst.

"Ze vertellen je veel over de blootstelling aan lucht en licht en neerslag, " Zei Bindeman. "Het proces om schalie te vormen vangt organische producten op en helpt uiteindelijk om olie te produceren. Schalie geeft ons een continu overzicht van verwering."